Tìm ra phương pháp lưu trữ thông tin lượng tử

Theo tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học đã phát minh ra một cáchlưu trữ thông tin lượng tử với việc sử dụng các khuyết tật trong một chuỗi kim cương mảnh. Thành tựu này sẽ giúp tạo ra các thiết bị lưu trữ hiệu quả hơn và đưa các nhà khoa học tiến gần hơn với mục tiêu chế tạo máy tính lượng tử.

Sự phát triển của công nghệ truyền thông lượng tử đòi hỏi phải tạo ra các thiết bị có thể lưu trữ các qubit (quantum bit). Việc tạo ra một thiết bị như vậy phức tạp bởi thực tế là các qubit cực kỳ nhạy cảm với môi trường - ngay cả sự rung động nhỏ nhất của nguyên tử lân cận cũng có thể làm gián đoạn khả năng lưu trữ thông tin. Vì vậy, đến nay khoa học vẫn không thể tìm ra cách lưu trữ lâu dài thông tin lượng tử.

Các nhà khoa học ở Đại học Harvard, Mỹ và Đại học Cambridge, Anh, đã phát minh ra một phương pháp cho phép lưu trữ các qubit thông tin lâu hơn. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra phương thức tạo các chuỗi tinh thể kim cương, giúp tăng thời gian lưu trữ thông tin lượng tử đến vài trăm nano giây.

Các tác giả của công trình nghiên cứu đã đề xuất sử dụng các khuyết tật trong mạng nguyên tử kim cương để làm các tế bào bộ nhớ. Một electron rơi vào khiếm khuyết này là "bị mắc kẹt" và có thể phát ra các photonánh sáng đỏ, có thể được sử dụng như một vật mang thông tin lượng tử. Tuy nhiên, do sự rung động của các nguyên tử lân cận, electron nhanh chóng "quên" thông tin lượng tử và hóa ra là vô ích. Để loại bỏ hiện tượng này, các nhà khoa học "kéo"kim cương thành sợi mỏng khoảngmột micron (mỏng hơn một trăm lần so với tóc người).

Các nhà khoa học tự so sánh một electron bị mắc kẹt bên trong kim cương, với một sinh viên đang cố gắng chuẩn bị cho kỳ thi ở giữa đám đông ồn ào. Để ghi nhớ những thông tin cần thiết, anh ta cần phải tập trung, tìm cách không phản ứng với tiếng ồn không liên quan. Hóa ra, trong một chuỗi kim cương cực mỏng, một electron cũng có thể "tập trung" và không phản ứng với dao động tần số thấp của các nguyên tử lân cận. Đồng thời, các nhà khoa học cũng có thể tự tạo ra những rung động của mạng nguyên tử kim cương bằng cách sử dụng các điện cực kết nối với các đầu cuối của chuỗi kim cương và do đó, kiểm soát được trạng thái electron trong bẫy. Quá trình này, theo các nhà khoa học, tương tự như điều chỉnh một cây đàn guitar: bằng cách kéo căng hoặc nới lỏng một chuỗi, bạn có thể điều chỉnh tần số dao động trong đó.

Trong tương lai, các nhà khoa học hy vọng sẽ tăng thời gian lưu trữ thông tin lượng tử lên đến vài mili giây. Điều này sẽ cho phép một con chip lượng tử thực hiện hàng nghìn phép tính và làm cho sự ra đời của máy tính lượng tử ngày một gần hơn.

Vũ Trung Hương