Đã giữ được qubit ổn định ở nhiệt độ phòng, ngày máy tính lượng tử đặt trong nhà gần thêm một bước!

Trong thời đại công nghệ, đa số thông tin cá nhân của chúng ta được lưu trữ dưới dạng 0 và 1. Vậy nên nhu cầu bảo mật thông tin ngày một quan trọng trong thời đại mới, nhất là khi kẻ gian trên mạng tăng theo cấp số nhân.

Mã hóa lượng tử là một trong những giải pháp được đưa ra nhằm bảo vệ thông tin của người dùng trên không gian mạng. Công nghệ này mong muốn đảm bảo tính bảo mật cho dữ liệu bằng một qubit - một hạt photon ở trạng thái chồng có thể chứa cùng lúc ba giá trị là 0, 1, cả 0 hoặc 1, và chỉ ra giá trị cuối khi được đo đạc.

Việc hack được một qubit không hề đơn giản.

Mới đây, các nhà khoa học đã có thể lưu trữ qubit tại nhiệt độ phòng.

Tuy nhiên, để một hạt photon ổn định, nó phải được đặt trong nhiệt độ cực thấp - gần với độ 0 tuyệt đối (khoảng -273,15 độ C); nhiệt độ hơi ấm chút thôi sẽ khiến mức năng lượng của mỗi qubit thay đổi và khiến chúng bất ổn. Để có được nhiệt độ cực thấp, các nhà khoa học cần một nguồn năng lượng dồi dào và cơ sở hạ tầng tiên tiến.

Thế mà trong báo cáo mới do các nhà khoa học công tác tại Đại học Copenhagen thảo nên, chúng ta bất ngờ trước kết luận: họ có thể lưu trữ qubit tại nhiệt độ phòng, trong khoảng thời gian dài gấp 100 lần kỷ lục trước đây.

“Chúng tôi đã phát triển được một lớp phủ đặc biệt cho chip nhớ, giúp qubit ánh sáng rõ ràng, ổn định tại nhiệt độ phòng. Bên cạnh đó, cách thức mới này cho phép chúng tôi lưu trữ qubit ở một khoảng thời gian dài hơn, lên tới mức mili-giây chứ không còn ở micro-giây nữa - một điều bất khả thi cho tới nay. Chúng tôi thực sự hứng khởi trước thành quả mới”, Eugene Simon Polzik, giáo sư quang lượng tử công tác tại Viện Niels Bohr cho hay.

Lớp phủ đặc biệt bọc chip nhớ khiến việc lưu trữ qubit dễ dàng mà không cần tới thiết bị làm lạnh chuyên dụng. Do đó, phát minh mới sẽ khiến máy tính lượng tử rẻ hơn, dễ ứng dụng hơn.

Máy tính lượng tử phải được đặt trong khoang lạnh.

Các hệ thống thường dùng heli lỏng để đưa nhiệt độ xuống mức gần độ 0 tuyệt đối.

“Lợi ích của việc lưu trữ qubit ở nhiệt độ phòng là đây, nó không cần tới dung dịch heli lỏng hay một hệ thống laser phức tạp để giữ cho nhiệt độ ở mức thấp. Đồng thời, đây cũng là công nghệ đơn giản ứng dụng được cho một mạng internet lượng tử tương lai”, giáo sư Karsten Dideriksen, một chuyên gia khác làm việc trong dự án, nhận định.

“Bên trong chip của chúng tôi là hàng ngàn các nguyên tử bay loạn, phóng ra các hạt photon, hay còn được gọi là qubit ánh sáng. Khi nguyên tử gặp nhiệt độ cao, chúng di chuyển nhanh hơn, va chạm với nhau và với thành con chip. Đây là hành động khiến chúng tỏa ra những photon có đặc tính khác nhau. Chúng tôi cần các photon phải tương đồng để ứng dụng được công nghệ lượng tử vào các hệ thống liên lạc”, giáo sư Eugene Polzik nhận định.

Ông tiếp lời: “Đây là lý do tại sao chúng tôi phát triển một phương thức bảo vệ bộ nhớ nguyên tử, thông qua một lớp phủ đặc biệt bọc vào chip nhớ. Lớp phủ có cấu trúc tương tự sáp này sẽ giảm thiểu lực va chạm của hạt photon vào thành chip, khiến các hạt photon tương đồng và ổn định. Chúng tôi còn sử dụng một lớp lọc đặc biệt để lấy được những hạt photon giống nhau”.

Đây là đột phá mới trong ngành nghiên cứu lượng tử, nhưng vẫn chưa phải đích cuối; vẫn còn nhiều nghiên cứu khác cần được thực hiện.

“Hiện tại, chúng tôi mới sản xuất qubit ánh sáng ở tốc độ thấp, khoảng một photon mỗi giây, trong khi đó hệ thống làm lạnh có thể tạo ra hàng triệu photon với cùng khoảng thời gian ấy. Thế nhưng, chúng tôi tin rằng công nghệ này có những lợi thế quan trọng, và chúng tôi sẽ sớm vượt qua được thử thách”, ông Eugene kết luận.