Thiết bị mới mở cánh cửa lưu trữ thông tin lượng tử như sóng âm
Máy tính lượng tử, giống như máy tính cổ điển, cần một cách riêng để lưu trữ thông tin để sử dụng và xử lý nó. Trên chiếc máy tính này, bạn cần có thông tin để biết, liệu những bức ảnh chụp con chó của mình hay một lời nhắc nhở về sinh nhật một người bạn hoặc những từ mà bạn đang nhập vào thanh địa chỉ của trình duyệt, phải được lưu trữ ở đâu đó. Máy tính lượng tử, hình thành trong một lĩnh vực mới, vẫn còn đang nỗ lực để đi tìm nơi nào và cách nào lưu trữ thông tin lượng tử.
Trong một bài báo xuất bản trên tạp chí Nature Physics, Mohammad Mirhosseini, một trợ lý giáo sư kỹ thuật điện và vật lý ứng dụng, chứng tỏ một phương pháp mới mà phòng thí nghiệm của anh phát triển để chuyển những trạng thái lượng tử điện thành âm thanh và ngược lại một cách hiệu quả. Loại chuyển đổi này có thể cho phép lưu trữ thông tin lượng tử để chuẩn bị cho những máy tính lượng tử tương lai, vốn có khả năng được làm từ các mạch điện 1.
Phương pháp này sử dụng những gì mà chúng ta vẫn gọi là các phonon, âm thanh tương đương tới hạt ánh sáng photon (hãy nhớ trong cơ học lượng tử, mọi sóng đều là hạt và ngược lại). Thực nghiệm được thiết kế để tìm hiểu các phonon cho lưu trữ thông tin lượng tử bởi vì nó liên quan đến việc xây dựng các thiết bị nhỏ có thể lưu trữ những sóng cơ học đó.
Để hiểu cách một sóng âm thanh có thể lưu trữ thông tin, hãy tưởng tưởng ra một căn phòng vang vọng âm thanh. Và giờ bạn cần nhớ danh sách những đồ thực phẩm tạp nhạp mà bạn cần cho bữa chiều, vì vậy bạn mở cánh cửa phòng ra và nói to lên “hỡi những quả trứng, thịt xông khói và sữa!” và đóng cửa lại. Một giờ sau, đến lúc cần đến quầy thực phẩm đó, bạn lại mở cánh cửa, thò đầu vào bên trong và nghe thấy giọng nói của mình vẫn còn vang vọng “hỡi những quả trứng, thịt xông khói và sữa!”. Bạn chỉ cần sử dụng sóng âm thanh để lưu trữ thông tin.
Tất nhiên, trong thế giới thực, một tiếng vang như vậy không thể kéo dài quá lâu và giọng nói của bạn có thể kết thúc với sự biến dạng, bóp méo đến mức bạn có thể không còn nghe rõ từng từ mình nói nữa, chưa kể là việc dùng toàn bộ một căn phòng chỉ để lưu trữ một chút dữ liệu có thể cũng nực cười.
Giải pháp của nhóm nghiên cứu là một thiết bị nhỏ tí xíu bao gồm những tấm linh hoạt được rung lên bằng các sóng âm thanh ở những tần số cực cao. Khi một nguồn điện được đặt vào những tấm này, chúng trở nên có thể tương tác với những tín hiệu điện mang thông tin lượng tử. Điều này cho phép thông tin được dẫn vào thiết bị này để lưu trữ và được dẫn ra ngoài cho những lần sử dụng sau – không giống như cánh cửa đến tới căn phòng mà bạn nói to ở phía trên.
Theo Mohammad Mirhosseini, những nghiên cứu trước đây đã tìm hiểu một dạng đặc biệt của các vật liệu như áp điện, như một cách chuyển đổi năng lượng cơ học sang năng lượng điện trong các ứng dụng lượng tử. “Những vật liệu đó, tuy nhiên, có xu hướng làm mất mát năng lượng của sóng âm thanh và điện năng, và bạn biết đấy, mất mát là một tai hại bậc nhất của thế giới lượng tử”, Mirhosseini nói. Trái lại, phương pháp mới do Mirhosseini và nhóm nghiên cứu của mình phát triển độc lập với các đặc trưng của những vật liệu cụ thể, khiến cho nó tương thích với những thiết bị lượng tử, vốn được dựa vào vi sóng.
Việc tạo ra các thiết bị có thể lưu trữ một cách hiệu quả là thách thức thực tế khác với các nhà nghiên cứu về những ứng dụng lượng tử, theo Alkim Bozkurt, học viên cao học tại nhóm nghiên cứu của Mirhosseini và tác giả thứ nhất của bài báo.
“Tuy nhiên, phương pháp của chúng tôi cho phép lưu trữ thông tin lượng tử từ các mạch điện với khoảng cách hai bậc từ lâu hơn so với những thiết bị cơ học compact khác”, anh cho biết thêm.
Các đồng tác giả của nghiên cứu là Chaitali Joshi và Han Zhao, cả hai điều là postdoct kỹ thuật điện và vật lý ứng dụng; Peter Day và Henry LeDuc, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Sức mạnh phản lực của NASA đặt tại Caltech.
Tô Vân tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2023-06-device-door-quantum.html
————————————
1. https://www.nature.com/articles/s41567-023-02080-w
