English
Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc lần đầu tiên đã phát triển một nền tảng máy tính lượng tử mới có phương pháp thiết kế khác với các máy tính lượng tử hiện có.
Nó được cho là bit lượng tử (qubit) nhỏ nhất được phát triển cho đến nay bằng cách sử dụng spin electron của một nguyên tử trên bề mặt rắn và có nhiều ưu điểm khác nhau như hình thành mạch tích hợp trong không gian nhỏ, mở ra những cơ hội mới khả năng cho máy tính lượng tử.
Viện Khoa học Cơ bản (IBS) đã công bố kết quả của nhóm nghiên cứu của mình, dẫn đầu bởi Andreas Heinrich, Giám đốc Trung tâm Khoa học nano lượng tử (Giáo sư xuất sắc tại Đại học Ewha Womans), trong việc triển khai thành công hệ thống nhiều qubit với ba spin electron thông qua các tổ chức quốc tế. nghiên cứu chung, trên tạp chí quốc tế ‘Vào ngày 6. Người ta thông báo rằng nó đã được xuất bản trên tạp chí’ Khoa học.
Máy tính lượng tử là máy tính sử dụng ‘qubit’, có thể có trạng thái chồng chéo 0 và 1, làm đơn vị tính toán và lưu trữ thông tin, đồng thời cho thấy hiệu suất cao hơn đáng kể so với máy tính thông thường trong một số vấn đề nhất định.
Để thương mại hóa máy tính lượng tử, nhiều qubit khác nhau sử dụng các mối nối siêu dẫn, bẫy ion, chấm lượng tử và trạng thái pha lượng tử đang được phát triển và mỗi nhóm nghiên cứu đang cạnh tranh để xác định qubit nào sẽ là tốt nhất.
Trước đây, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ cộng hưởng spin điện tử (ESR) để điều khiển hướng quay cho “Kính hiển vi quét đường hầm quét (STM)”, một thiết bị nghiên cứu thao tác các nguyên tử trên bề mặt bằng đầu dò sắc bén và quan sát đặc tính của chúng, đồng thời sử dụng thiết bị đã qua sử dụng. để xác định spin electron của một nguyên tử. Người ta đã chứng minh rằng nó có thể được điều khiển và sử dụng như một qubit.
Spin là một đơn vị mômen động lượng gây ra bởi sự quay của hạt nhân nguyên tử hoặc electron và ảnh hưởng đến tính chất từ, và nếu có thể điều khiển chính xác thì nó có thể được sử dụng làm đơn vị lưu trữ thông tin.
Nhóm nghiên cứu còn phát triển một công nghệ điều khiển từ xa trạng thái spin của các nguyên tử ở xa thay vì các nguyên tử tương tác với tàu thăm dò.
Nhóm nghiên cứu giải thích rằng trong nghiên cứu này, các phương pháp này đã được áp dụng cho nhiều qubit để triển khai hệ thống “đa qubit”, vốn là nền tảng của hệ thống máy tính lượng tử.
Nền tảng qubit do nhóm nghiên cứu tạo ra bao gồm nhiều nguyên tử titan đặt trên bề mặt chất cách điện oxit magie mỏng và được tạo ra ở nhiệt độ âm 272,75 độ, gần bằng không độ tuyệt đối.
Phương pháp này sử dụng STM để di chuyển vị trí của các nguyên tử titan nhằm tạo ra cấu trúc trong đó nhiều spin nguyên tử có thể tương tác.
Sau đó, họ đặt một đầu dò lên một nguyên tử titan hoạt động như một cảm biến và phát triển công nghệ để điều khiển và đo lường đồng thời nhiều qubit đặt ở khoảng cách từ cảm biến bằng một đầu dò duy nhất sử dụng phương pháp điều khiển từ xa.
Bằng cách này, khi các qubit từ xa tương tác với qubit cảm biến và trạng thái quay của qubit từ xa thay đổi, nó sẽ ảnh hưởng đến qubit cảm biến và sự thay đổi này có thể được đọc qua đầu dò.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nền tảng qubit này để triển khai các cổng ‘CNOT’ và ‘Toffoli’, các hoạt động cơ bản của xử lý thông tin lượng tử.
CNOT là một hoạt động có thể quan sát trạng thái vướng víu trong đó trạng thái qubit đầu tiên ảnh hưởng đến các trạng thái qubit khác và Toffoli có thể xem sự vướng víu của nhiều qubit.
Phương pháp được phát triển lần này có thể kết nối và vận hành tối đa 5 đến 6 qubit và nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiến hành nghiên cứu để phát triển một nền tảng có thể điều khiển đồng thời nhiều qubit bằng cách sử dụng spin hạt nhân trong tương lai.
Đồng tác giả Park Soo-hyun, nhà nghiên cứu của IBS, cho biết: “Trong trường hợp của IBM, 5 qubit được đưa ra bên ngoài để sử dụng trong máy tính lượng tử và với khoảng 5 qubit, một thuật toán lượng tử đơn giản có thể được tạo ra để xác minh. liệu hệ thống lượng tử qubit có hoạt động bình thường hay không.”Ông giải thích rằng một trong những mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là loại nghiên cứu xác minh này.
Nhóm nghiên cứu trích dẫn ưu điểm của nền tảng này là có thể kiểm soát chính xác việc trao đổi thông tin giữa các qubit ở cấp độ nguyên tử.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu giải thích rằng có thể triển khai mạch tích hợp lượng tử với kích thước qubit nhỏ hơn 1 nanomet (nm, 1 phần tỷ mét) và điều đó không giống như các nền tảng khác yêu cầu sử dụng các vật liệu cụ thể như làm chất siêu dẫn, nhiều loại nguyên tử có thể được sử dụng. .
Bae Yu-jeong, nhà nghiên cứu tại IBS cho biết: “Chúng tôi xác nhận rằng nền tảng qubit spin điện tử có thể được mở rộng lên hàng chục hoặc hàng trăm qubit. Bằng cách tạo ra một nền tảng mới hàng đầu thế giới, Hàn Quốc đang mở ra một kỷ nguyên mới về lượng tử”. khoa học thông tin và thúc đẩy sự đổi mới.” “Nó cho thấy khả năng có thể thực hiện được,” ông nói.
Giám đốc Heinrich cho biết: “Điều quan trọng là chúng tôi đã tạo ra qubit sản xuất trong nước đầu tiên trên thế giới. Nghiên cứu này là nghiên cứu cơ bản nhằm tạo ra thứ chưa từng tồn tại trên thế giới và chúng tôi kỳ vọng sẽ bước vào giai đoạn công nghệ sau 5 đến 10 năm nữa”.
Nguồn: Yonhap News – Ký giả Seunghan Cho
