Học máy mở ra khả năng mới cho các thiết bị lượng tử
Các nhà khoa học tại trường đại học Oxford, trong hợp tác với đồng nghiệp trường đại học Basel và Lancaster, đã phát triển một thuật toán có thể sử dụng để đo đạc các chấm lượng tử một cách tự động.
Đồ họa nghệ thuật việc điện áp tác động vào các cấu trúc nano theo thứ tự để bẫy các electron đơn lẻ trong một chấm lượng tử. Nguồn: Khoa vật lý, trường đại học Basel
Spin electron của các electron đơn lẻ trong các chấm lượng tử có thể đảm nhiệm vị trí như các đơn vị thông tin nhỏ nhất trong máy tính lượng tử. Xuất bản trên npj Quantum Information, các nhà khoa học đã miêu tả cách chúng có thể gia tăng tốc độ của quá trình xử lý vốn đòi hỏi nhiều thời gian với sự hỗ trợ của học máy.
Cách tiếp cận của họ, với mục tiêu đo đạc và kiểm soát tự động các bit lượng tử, đã nêu được một bước tiến quan trọng cho ứng dụng trên quy mô lớn mà họ đề ra.
TS. Natalia Ares từ Khoa Khoa học vật liệu, trường đại học Oxford nói: “Lần đầu tiên, chúng tôi đã ứng dụng học máy để thực hiện các đo lường hiệu quả các chấm lượng tử arsenua gali, bằng cách đó cho phép đặc tính hóa một dãy các thiết bị lượng tử”.
Giáo sư Dominik Zumbühl của trường đại học Basel cho rằng: “Bước tiếp theo của phòng thí nghiệm chúng tôi là ứng dụng phần mềm này cho các chấm lượng tử bán dẫn làm từ các vật liệu khác có khả năng phù hợp hơn cho phát triển máy tính lượng tử. “Với công trình này, chúng tôi đã có một đóng góp quan trọng để tiến một bước tới những kiến trúc bit lượng tử trên quy mô lớn”.
Trong nhiều năm qua, spin electron của các electron đơn lẻ trong một chấm lượng tử được coi là một ứng cử viên lý tưởng cho đơn vị thông tin nhỏ nhất trong một máy tính lượng tử, hay còn gọi là bit lượng tử. Trong các chấm lượng tử được làm từ các vật liệu bán dẫn phân lớp, các electron đơn lẻ được giữ lại trong một “cái bẫy”. Spin của chúng có thể được xác định một cách xác thực và chuyển mạch một cách nhanh chóng, với các nhà nghiên cứu thì việc giữ các electron dưới quyền kiểm soát bằng việc đưa các điện áp vào các cấu trúc nano khác nhau trong cái bẫy đó. Giữa những thứ khác, điều này cho phép họ kiểm soát số lượng các electron từ một ổ chứa đi vào chấm lượng tử bằng hiệu ứng đường hầm. Tại đây, ngay cả những thay đổi nhỏ trong điện áp cũng có ảnh hưởng đáng kể lên các electron này.
Với từng chấm lượng tử, các điện áp ứng dụng phải được điều chỉnh một cách cẩn thận theo thứ tự để đạt được các điều kiện tối ưu. Khi phần lớn các chấm lượng tử được kết hợp theo tỷ lệ trong thiết bị đó lên đến một số lượng lớn bit lượng tử, quá trình tạo sự ăn khớp này đòi hỏi nhiều thời gian bởi vì các chấm lượng tử bán dẫn không hoàn toàn đồng nhất và phải được đặc tính hóa một cách riêng biệt cho từng cái.
Thuật toán mang tính đột phá này sẽ hỗ trợ để tự động hóa quá trình này. Cách tiếp cận học máy của các nhà khoa học làm giảm bớt thời gian đo lường và số lượng đo lường trong sự đối sánh với việc tiếp nhận dữ liệu thông thường.
Các nhà khoa học đã huấn luyện thuật toán này với dữ liệu từ dòng điện chảy qua chấm lượng tử tại các điện áp khác. Giống như công nghệ ghi nhận khuôn mặt, phần mềm này có thể học hỏi ở nơi cần các đo đạc với mong muốn đạt đến việc gia tăng thông tin ở mức cao nhất. Hệ này sau đó có thể trình diễn những đo đạc và lặp lại quá trình xử lý cho đến khi đạt được các tiêu chí đã được xác định và chấm lượng tử có thể được sử dụng như một bit lượng tử.
Tô Vân dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2019-09-machine-possibilities-quantum-devices.html
