Các nhà nghiên cứu tạo ra một “rối lượng tử phổ dụng” cho công nghệ lượng tử
Một trong những khái niệm chính trong vật lý lượng tử là rối lượng tử, trong đó hai hoặc nhiều hệ lượng tử trở thành một liên kết vô cùng chặt chẽ mà trạng thái chung của chúng không thể được xác định chỉ bằng việc quan sát từng phần riêng rẽ. Hiện tại các nhà nghiên cứu trường đại học Yale đã phát triển một “rối lượng tử phổ dụng” có thể liên kết với nhiều hạt được mã hóa theo yêu cầu.
Các nhà nghiên cứu Yale đã tạo ra một “rối lượng tử phổ dụng có thể liên kết các hạt được mã hóa theo yêu cầu. Nguồn: Yale University
Khám phá này đã tái hiện một cơ chế mới đầy thuyết phục với tiềm năng có thể áp dụng trong máy tính lượng tử, mật mã và truyền thông lượng tử. Nghiên cứu này do các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm do Robert Schoelkopf phụ trách thực hiện và được đăng tải trên Nature với bài báo “Rối lượng tử của các mode boson thông qua một trao đổi tương tác được thiết kế” (Entanglement of bosonic modes through an engineered exchange interaction).
Các tính toán lượng tử đã được thực hiện với dữ liệu gồm các bit tinh nhạy, vẫn được gọi là qubits, vốn dễ bị lỗi. Để hoàn thành các máy tính lượng tử thực sự, các nhà khoa học cho rằng, chúng cần các qubit “có logic”, mà các lỗi của chúng có thể dò được và khắc phục được bằng việc sử dụng các mã sửa lỗi lượng tử.
“Chúng tôi đã chứng tỏ một cách mới trong việc tạo ra các cổng giữa các qubit mã hóa hợp lý (logically-encoded qubits) mà cuối cùng có thể sửa lỗi được,” Schoelkopf – giáo sư vật lý và vật lý ứng dụng Sterling Yale và giám đốc Viện nghiên cứu lượng tử Yale, cho biết. “Việc vận hành nó có nhiều phức tạp hơn những gì đã thấy trước đây”.
Cơ chế rối lượng tử gọi là một cổng SWAP hàm mũ – cổng SWAP được điều hành bởi hai qubit và trong các trạng thái cơ bản, cổng SWAP hoán đổi các trạng thái của hai qubit tham gia vào quá trình vận hành. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã trình diễn công nghệ mới này bằng các trạng thái mã hóa rối lượng tử trong bất kỳ hình dạng hoặc các mã được chọn nào, mỗi mã đặt ở hai nơi tách biệt, các khoang vi sóng siêu dẫn 3D.
“Rối lượng tử phổ dụng này là tới hạn với các máy tính lượng tử”, Yvonne Gao, đồng tác giả của nghiên cứu, nói. “Các nhà khoa học đã sáng chế ra những mã sửa lỗi lượng tử hiệu quả về phần cứng – mỗi mã được thiết kế một cách tinh xảo với những đặc tính độc nhất vô nhị có thể được khai thác cho những ứng dụng khác nhau. Dẫu sao, mỗi mã đòi hỏi việc lắp ráp với một bộ hệ điều hành mới được thiết kế riêng, dẫn đến một chi phí phần cứng đáng kể và giảm bớt sự linh hoạt”.
Rối lượng tử phổ dụng này sẽ góp phần giải quyết giới hạn này bằng việc đem đến một cổng giữa bất kỳ các trạng thái đầu vào mong muốn nào. “Chúng tôi có thể chọn bất kỳ mã mong muốn nào hoặc thậm chí thay đổi chúng một cách nhanh chóng mà không cần đến việc lắp đặt lại hệ điều hành,” Brian Lester – đồng tác giả, cho biết.
Khám phá này chỉ là bước mới nhất trong việc nghiên cứu về lượng tử ở Yale. Các nhà khoa học Yale đang đi tiên phong trong những nỗ lực phát triển chiếc máy tính lượng tử đầu tiên và hiện là những người đi đầu trong nghiên cứu về máy tính lượng tử với các mạch siêu dẫn.
Thanh Phương dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2019-02-universal-entangler-quantum-tech.html#jCp
