Các nhà vật lý từ Đại học Harvard đã ghi nhận một trạng thái vật chất mới có thể tiến bộ đáng kể công nghệ lượng tử , theo một bài báo mới được công bố trên tạp chí Science đầu tháng này.
Trạng thái vật chất mà họ tìm thấy được gọi là chất lỏng spin lượng tử, có những tính chất đặc biệt tạo ra hiện tượng vướng víu lượng tử tầm xa – một hiện tượng mà trạng thái của các hạt được kết nối ngay cả khi các hạt cách nhau một khoảng cách.
Chất lỏng spin lượng tử được nhà vật lý Philip W. Anderson dự đoán lần đầu tiên vào khoảng 50 năm trước, vào năm 1973, nhưng chưa bao giờ được quan sát thấy trong các thí nghiệm.
Các nhà nghiên cứu Harvard đã quyết định thực hiện một cách tiếp cận mới và cố gắng tạo ra trạng thái của vật chất thay vì cố gắng tìm kiếm nó trong các hệ thống hiện có.
“Một số nhà lý thuyết tại Harvard đã đưa ra ý tưởng về cách thực sự tạo ra giai đoạn này, thay vì trong bối cảnh thông thường nơi nó được tìm kiếm, về cơ bản là các hệ thống rắn – hệ thống vật chất cô đặc – cách chúng tôi có thể tái tạo nó bằng cách sử dụng các nguyên tử của chúng tôi “, Giulia Semeghini, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trung tâm Nghiên cứu Max Planck-Harvard về Quang lượng tử và là tác giả chính của nghiên cứu, nói với The Harvard Crimson .
Các nhà nghiên cứu đã quyết định sử dụng một “bộ mô phỏng lượng tử có thể lập trình”, một máy tính lượng tử sử dụng tia laser để tái tạo một thiết lập vật lý và thao túng các nguyên tử nhằm tái tạo thành công chất lỏng spin lượng tử. Trình mô phỏng cho phép họ định vị và định hình các nguyên tử ở bất kỳ hình thức nào họ muốn.”
Chất lỏng spin lượng tử có các đặc tính từ tính, khi các nguyên tử của nó bị vướng vào nhau và vật chất dao động và thay đổi. Theo tạp chí Cosmos , trong khi ở một nam châm bình thường, tất cả các spin điện tử sắp xếp thành các mẫu quy mô lớn như sọc của bàn cờ, thì các chất lỏng spin lượng tử có spin thứ ba tạo ra một mô hình tam giác hoặc mạng tinh thể, theo tạp chí Cosmos . Sự khác biệt này ngăn không cho spin ổn định theo bất kỳ hướng cụ thể nào, với ba electron liên tục ép nhau chuyển hướng spin của chúng.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng trình mô phỏng để tạo ra mô hình mạng, đặt các nguyên tử vào đó và quan sát chúng tương tác và vướng vào nhau.
Máy tính lượng tử tiêu chuẩn chạy dựa trên “qubit” – các bit lượng tử – rất mỏng manh trước các tác động bên ngoài. Semeghini nói với The Harvard Crimson, chất lỏng spin lượng tử có thể thay đổi điều đó, cho phép tạo ra một “qubit tôpô” lưu trữ thông tin dưới dạng một hệ thống, thay vì ở trạng thái của một hạt đơn lẻ .
Vì cấu trúc liên kết rất khó bị phá vỡ, một qubit như vậy sẽ có khả năng chống lỗi rất cao.
Semeghini nói với Cosmos : “Đó là một giấc mơ trong tính toán lượng tử . “Học cách tạo và sử dụng các qubit tôpô như vậy sẽ đại diện cho một bước quan trọng đối với việc tạo ra các máy tính lượng tử đáng tin cậy.”
Giáo sư vật lý Mikhail Lukin, tác giả cao cấp của nghiên cứu và đồng giám đốc Sáng kiến lượng tử Harvard, nói với The Harvard Crimson rằng những qubit này có thể được sử dụng để xây dựng một máy tính lượng tử “che giấu lỗi“, cảnh báo rằng nhóm chỉ mới tạo ra. một “phiên bản con” của các qubit tôpô, cho đến nay.
Lukin nói: “Đó là những gì chúng ta đang làm. “Nhưng thực tế là chúng ta có thể tạo ra những trạng thái như vậy, và chúng ta thực sự có thể chơi với chúng, chúng ta có thể chọc phá chúng, chúng ta thực sự có thể nói chuyện với chúng và xem chúng phản ứng như thế nào – đây mới là điều thú vị.”
Bước đột phá diễn ra chỉ vài ngày sau khi hai nhóm nghiên cứu công bố bài báo về khám phá của họ về “tinh thể thời gian”, một giai đoạn mới của vật chất lặp lại theo thời gian theo cách tương tự như cách cấu trúc của một tinh thể thông thường lặp lại trong không gian. Các hạt trong tinh thể chuyển đổi vĩnh viễn giữa hai trạng thái mà không yêu cầu thêm năng lượng đầu vào và không mất bất kỳ năng lượng nào.
Theo: Jpost.
