Ngày 09 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Bằng cách tận dụng tính đối xứng vốn có của tự nhiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển đã tìm ra cách kiểm soát và giao tiếp với trạng thái tối của các nguyên tử. Phát hiện này mở ra một cánh cửa khác hướng tới việc xây dựng mạng tính toán lượng tử và cảm biến lượng tử để phát hiện vật chất tối khó nắm bắt trong vũ trụ. “Thiên nhiên thích sự đối xứng và chúng ta cũng vậy. Nền tảng của các thí nghiệm của chúng tôi là một thủ thuật kỹ thuật tiên tiến trong đó chúng tôi kiểm soát và sử dụng các tính đối xứng có sẵn trong một hệ thống mà mặt khác rất khó chế ngự,” Aamir Ali, nhà nghiên cứu về công nghệ lượng tử và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. Máy tính lượng tử có tiềm năng vượt trội hơn hẳn các máy tính tiên tiến nhất hiện nay. Máy tính lượng tử dựa trên cái gọi là bit lượng tử hay qubit, có khả năng chồng chất các trạng thái có thể có của nó, 0 và 1, cùng một lúc. Hiện tượng này cho phép máy tính lượng tử xử lý lượng dữ liệu khổng lồ. Tuy nhiên, các sự chồng chất này cực kỳ mong manh, điều đó có nghĩa là chúng cần được bảo vệ khỏi những tác động từ bên ngoài để ngăn chúng sụp đổ. Do đó, việc xây dựng một máy tính lượng tử quy mô lớn đặt ra một thách thức lớn, bởi vì với số lượng qubit ngày càng tăng, hệ thống tập thể ngày càng trở nên mỏng manh hơn. Vì lý do này, lĩnh vực nghiên cứu quan trọng là phát triển các mạng lượng tử lớn, nơi các tác vụ điện toán được xử lý và phân phối trên các nút khác nhau của mạng. Một cách hấp dẫn để hiện thực hóa các mạng như vậy là sử dụng các nguyên tử nhân tạo* làm qubit. Các nguyên tử tương tác tự nhiên với ánh sáng bằng cách hấp thụ hoặc phát ra các photon. Tuy nhiên, các tập hợp gồm hai hoặc nhiều nguyên tử có thể tồn tại ở các trạng thái chồng chất cụ thể, được gọi là trạng thái tối, trong đó chúng hoàn toàn trong suốt đối với ánh sáng, nghĩa là chúng không phát ra cũng như không hấp thụ ánh sáng. Những trạng thái tối này có tiềm năng lớn trong công nghệ lượng tử vì chúng miễn nhiễm với những ảnh hưởng và sự gián đoạn từ bên ngoài. Vì lý do tương tự, việc kiểm soát các trạng thái tối và sử dụng chúng để trao đổi thông tin là một nhiệm vụ khó khăn.

Điều chỉnh sự đối xứng nhỏ bé của các nguyên tử

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers vừa phát triển một phương pháp đơn giản, có độ chính xác cao để kiểm soát trạng thái tối của một phân tử gồm hai nguyên tử nhân tạo liên kết với nhau. Nghiên cứu đã được công bố trên Physical Review Letters (“Sự kết hợp chọn lọc-đối xứng kỹ thuật của phân tử nhân tạo siêu dẫn với ống dẫn sóng vi sóng”). Từ cánh bướm và bông tuyết cho đến những thành phần nhỏ bé nhất trong thế giới vật chất của chúng ta, thiên nhiên luôn cố gắng đạt được sự đối xứng để tạo ra sự cân bằng và hài hòa. Điều này cũng đúng với các mức năng lượng trong nguyên tử. Các qubit mà Aamir Ali và các đồng nghiệp của ông sử dụng bao gồm hai nguyên tử nhân tạo kết hợp được tạo thành từ các mạch** siêu dẫn. Khi các hạt ánh sáng – photon – được gửi vào nguyên tử thông qua ống dẫn sóng***, chúng có thể tương tác với các mức năng lượng của hai đối xứng sẵn có khác nhau. Trong nghiên cứu trước đây, chỉ có một ống dẫn sóng được ghép nối với qubit với khả năng truy cập hạn chế vào các đối xứng của nó, nhưng thay vào đó, các nhà nghiên cứu Chalmers đã sử dụng hai ống dẫn sóng, mỗi ống dẫn sóng được ghép riêng biệt với một trong các trạng thái đối xứng. Do sự phân bố năng lượng đối xứng trong các nguyên tử nhân tạo, một trong các ống dẫn sóng sẽ được ghép với trạng thái tối và ống kia ở trạng thái sáng bổ sung của nó. Điều này khiến họ dễ bị thao túng và kiểm soát độc lập với nhau.

Ứng dụng mới trong công nghệ lượng tử

Khả năng kiểm soát trạng thái tối này thể hiện một cách tiếp cận mới đối với các ứng dụng trong công nghệ lượng tử. Sử dụng kỹ thuật của các nhà nghiên cứu của Chalmers, có thể tạo ra sự vướng víu lượng tử**** giữa trạng thái tối và trạng thái sáng, mở ra những cách mới để xử lý thông tin lượng tử và truyền nó trong mạng lượng tử. Hơn nữa, nó còn cho phép phát triển các cảm biến có thể hấp thụ các photon vi sóng năng lượng thấp. Máy dò photon trong miền này có thể góp phần phát hiện vật chất tối trong Vũ trụ. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ sử dụng những kết quả mới này trong nhiệt động lực học để xem liệu các định luật cơ học lượng tử có thể được sử dụng để đạt được lợi thế trong động cơ hoặc pin hay không. “Chúng tôi có thể thiết kế các phân tử tổng hợp có tính đối xứng độc đáo, điều này mang đến những cách mới để các phân tử này tương tác với ánh sáng vi sóng. Simone Gasparinetti, người đứng đầu nghiên cứu về vật lý lượng tử thực nghiệm và là một trong những tác giả cấp cao của nghiên cứu, cho biết khái niệm mà chúng tôi trình diễn vừa tao nhã vừa mạnh mẽ, với các ứng dụng từ điện toán lượng tử phân tán đến dò sóng quang vi sóng. Nghiên cứu được thực hiện tại Chalmers trong khuôn khổ Trung tâm Công nghệ lượng tử Wallenberg (WACQT), một chương trình nghiên cứu toàn diện, mục đích là giúp Thụy Điển dẫn đầu ngành nghiên cứu và công nghiệp về công nghệ lượng tử. “Một trong những mục tiêu chính của WACQT là chế tạo một máy tính lượng tử. Nhưng còn nhiều điều hơn thế. Simone Gasparinetti cho biết, chúng tôi đã tạo ra một môi trường khuyến khích các nhà nghiên cứu khám phá những con đường ít được sử dụng hơn đồng thời hưởng lợi từ cơ sở hạ tầng và chuyên môn về công nghệ lượng tử, và công việc này là một ví dụ như vậy”.

Cách thức thực hiện

Các nguyên tử nhân tạo bao gồm các mạch điện tử, giống như các nguyên tử thực, chỉ có thể chiếm một tập hợp các mức năng lượng nhất định – rời rạc. Khi chúng được ghép nối với hai ống dẫn sóng, chúng tạo ra một cấu trúc chung sử dụng sự giao thoa lượng tử để kết nối các ống dẫn sóng với hai đối xứng khác nhau mà mức năng lượng của nguyên tử có thể đảm nhận. Nhờ sự kết hợp này với các đối xứng, người ta dễ dàng lựa chọn và thiết kế các chuyển đổi năng lượng một cách đơn giản. Điều này có thể được thực hiện dễ dàng và hiệu quả hơn nhiều so với những gì đã được chứng minh trước đây mà không cần sử dụng điều khiển pha và xung phức tạp, đặc trưng trong kiến ​​trúc tiêu chuẩn.

Thuật ngữ

*Nguyên tử nhân tạo: Một mảnh vật liệu dẫn điện nhỏ giữ mức điện tích và năng lượng giống như các nguyên tử thực. Và cũng giống như các nguyên tử thực, nó thay đổi trạng thái bằng cách phát ra hoặc hấp thụ ánh sáng ở một tần số cụ thể. Các nguyên tử nhân tạo được các nhà nghiên cứu của Chalmers sử dụng được tạo ra từ các mạch siêu dẫn và trao đổi ánh sáng ở tần số vi sóng. **Siêu dẫn là đặc tính của một số vật liệu có thể dẫn dòng điện một chiều mà không mất năng lượng khi chúng được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn. ***Ống dẫn sóng: Cấu trúc định tuyến các photon trong tín hiệu vi sóng ****Rối lượng tử: Hiện tượng đã được trao giải Nobel vật lý năm 2022. Khi các hạt bị vướng víu, một sự thay đổi ở một hạt sẽ khiến đặc tính của các hạt khác cũng thay đổi, bất kể khoảng cách giữa chúng.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62111.php