Sự vướng víu lượng tử là một trong những hiện tượng cơ bản và hấp dẫn nhất trong tự nhiên. Nghiên cứu gần đây về sự vướng víu đã được chứng minh là một nguồn tài nguyên quý giá cho việc xử lý thông tin và truyền thông lượng tử. Giờ đây, các nhà khoa học Nhật Bản đã phát hiện ra trạng thái vướng víu lượng tử ổn định của hai proton trên bề mặt silicon, mở ra cánh cửa cho sự kết hợp hữu cơ giữa các nền tảng điện toán cổ điển và lượng tử, đồng thời có khả năng củng cố tương lai của điện toán lượng tử. công nghệ.
Một trong những hiện tượng thú vị nhất trong cơ học lượng tử là “rối lượng tử”. Hiện tượng này mô tả cách các hạt nhất định liên kết chặt chẽ với nhau, sao cho trạng thái của chúng chỉ có thể được mô tả khi tham chiếu đến nhau. Tương tác hạt này cũng là cơ sở của tính toán lượng tử. Và đây là lý do tại sao, trong những năm gần đây, các nhà vật lý đã tìm kiếm các kỹ thuật tạo ra sự vướng víu. Tuy nhiên, những kỹ thuật này phải đối mặt với một số trở ngại kỹ thuật, bao gồm những hạn chế trong việc tạo ra số lượng lớn "qubit" (bit lượng tử, đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử), nhu cầu duy trì nhiệt độ cực thấp (<1 K) và việc sử dụng vật liệu siêu tinh khiết. Các bề mặt hoặc giao diện rất quan trọng trong việc hình thành rối lượng tử. Thật không may, các điện tử giới hạn trong các bề mặt có xu hướng “phân rã”, một điều kiện trong đó không có mối quan hệ pha xác định giữa hai trạng thái riêng biệt. Vì vậy, để có được các qubit ổn định, liên kết, các trạng thái spin của các nguyên tử bề mặt (hoặc tương đương, các proton) phải được xác định.
Gần đây, một nhóm các nhà khoa học tại Nhật Bản, bao gồm Giáo sư Takahiro Matsumoto từ Đại học Thành phố Nagoya, Giáo sư Hidehiko Sugimoto từ Đại học Chuo, Tiến sĩ Takashi Ohhara từ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản, và Tiến sĩ Susumu Ikeda từ Tổ chức Nghiên cứu Máy gia tốc Năng lượng Cao, nhận ra sự cần thiết của các qubit ổn định. Bằng cách xem xét các trạng thái spin của bề mặt, các nhà khoa học đã phát hiện ra một cặp proton vướng víu trên bề mặt của một tinh thể nano silicon.
Giáo sư Matsumoto, nhà khoa học chính, vạch ra tầm quan trọng của nghiên cứu của họ, “Hiện tượng vướng proton đã được quan sát thấy trước đây trong hydro phân tử và đóng một vai trò quan trọng trong nhiều ngành khoa học. Tuy nhiên, trạng thái vướng víu chỉ được tìm thấy trong các pha khí hoặc lỏng. Giờ đây, chúng tôi đã phát hiện ra hiện tượng vướng víu lượng tử trên một bề mặt rắn, điều này có thể tạo nền tảng cho các công nghệ lượng tử trong tương lai ”. Nghiên cứu tiên phong của họ đã được xuất bản trong một số gần đây về Đánh giá vật lý B.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu các trạng thái spin bằng cách sử dụng một kỹ thuật được gọi là "quang phổ tán xạ neutron không đàn hồi" để xác định bản chất của các dao động bề mặt. Bằng cách mô hình hóa các nguyên tử bề mặt này là “dao động điều hòa”, họ cho thấy phản đối xứng của các proton. Vì các proton giống hệt nhau (hoặc không thể phân biệt được), mô hình dao động hạn chế các trạng thái quay có thể có của chúng, dẫn đến vướng víu mạnh. So với sự vướng víu proton trong hydro phân tử, sự vướng víu chứa đựng sự khác biệt lớn về năng lượng giữa các trạng thái của nó, đảm bảo tuổi thọ và tính ổn định của nó. Ngoài ra, về mặt lý thuyết, các nhà khoa học đã chứng minh sự chuyển đổi tầng của các cặp photon vướng víu terahertz bằng cách sử dụng rối proton.
Sự kết hợp của các qubit proton với công nghệ silicon hiện đại có thể dẫn đến sự kết hợp hữu cơ giữa các nền tảng điện toán lượng tử và cổ điển, cho phép số lượng qubit lớn hơn nhiều (106) so với hiện tại (102), và xử lý cực nhanh cho các ứng dụng siêu máy tính mới. “Máy tính lượng tử có thể xử lý các vấn đề phức tạp, chẳng hạn như thừa số nguyên và 'bài toán nhân viên bán hàng đi du lịch', những vấn đề hầu như không thể giải quyết được với các siêu máy tính truyền thống. Đây có thể là một trò chơi- thay đổi trong tính toán lượng tử liên quan đến lưu trữ, xử lý và truyền dữ liệu, thậm chí có khả năng dẫn đến sự thay đổi mô hình trong dược phẩm, bảo mật dữ liệu và nhiều lĩnh vực khác, ” kết luận một giáo sư lạc quan Matsumoto.
Chúng ta có thể sắp chứng kiến một cuộc cách mạng công nghệ trong điện toán lượng tử!
ELE lần
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSử dụng các thuật toán học sâu để cung cấp cho người đi xe đạp 'Làn sóng xanh' tại các tín hiệu giao thông
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsẤn Độ đổi mới công nghệ tạo ra hydro trực tiếp từ bã nông nghiệp
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsNghiên cứu cho biết 'Hydrogen xanh' có khả năng gây hại cho khí hậu
-
ELE lầnhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsMouser trình bày Trang web Ethernet một cặp từ Texas Instruments và Phoenix Contact