Chip chuyển đổi lượng tử tốc độ ánh sáng đầu tiên thế giới

Chip sử dụng hạt photon, thay thế hạt điện tử thông thường trong máy tính, có khả năng xử lý đồng thời hàng trăm kênh với tốc độ ánh sáng.

Viện Công nghệ Lượng tử Tế Nam và Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã phát triển thành công chip chuyển đổi lượng tử với tốc độ ánh sáng đầu tiên trên thế giới.

Chip này bao gồm ống dẫn sóng tới 34 kênh và một mảng sợi quang liên kết giữa các kênh, hoạt động dựa trên ống dẫn sóng lithium niobate phân cực định kỳ, trao đổi photon ngược, có khả năng thực hiện các xử lý đồng thời trên vài trăm kênh. Chip được thiết kế cho các tín hiệu photon đơn trong dải tần 1550 nanomet và chuyển ánh sáng ở dải tần 1950 nanomet. Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất trung bình của tốc độ ánh sáng đạt 60%, cao hơn tốc độ chip điện tử thông thường.

Chip lượng tử. (Ảnh: Science Net).

Tính toán lượng tử là một hệ thống siêu việt dựa trên các phân tử ở trạng thái rối. Khi hai phân tử liên đới với nhau, chúng sẽ tạo một liên kết chặt chẽ khiến mọi tác động của một nguyên tử đều ảnh hưởng tới nguyên tử khác, mặc dù cách xa nhau.

Các chip máy tính ngày nay thường sử dụng các trạng thái điện tử khác nhau để mã hóa cho các số 0 và 1. Đến nay, nhiều nghiên cứu về tính toán lượng tử đã tập trung vào làm tối ưu hóa các hạt điện tử để đẩy nhanh tốc độ xử lý của máy tính. Tuy vậy, kỹ thuật sử dụng các hạt điện tử trong chip máy tính gặp nhiều hạn chế khi số lượng kênh truyền lên tới hàng trăm. Việc áp dụng hạt photon thay thế hạt điện tử có khả năng di chuyển với tốc độ ánh sáng đang được các nhà khoa học hướng tới.

Nhóm nghiên cứu đã đưa bộ chip này vào chuyển đổi tần số lượng tử, chuyển đổi tần số chênh lệch đa kênh, có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của công nghệ lưu trữ lượng tử đa kênh đường dài sau này. Họ cũng sử dụng chip thử nghiệm này để phát triển loại máy dò photon đơn, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong phân phối lượng tử tốc độ cao, truyền laser không gian sâu, hình ảnh lidar.

Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí Physical Review Applied.