Việc phát triển một máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề mà máy tính cổ điển chỉ có thể giải quyết được với rất nhiều nỗ lực hoặc hoàn toàn không thể giải quyết được – đây là mục tiêu hiện đang được theo đuổi bởi ngày càng nhiều nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới. Lý do: Các hiệu ứng lượng tử, bắt nguồn từ thế giới của các hạt và cấu trúc nhỏ nhất, cho phép nhiều ứng dụng công nghệ mới. Cái gọi là chất siêu dẫn, cho phép xử lý thông tin và tín hiệu theo các định luật của cơ học lượng tử, được coi là những thành phần đầy hứa hẹn để hiện thực hóa máy tính lượng tử. Tuy nhiên, một điểm yếu của các cấu trúc nano siêu dẫn là chúng chỉ hoạt động ở nhiệt độ rất thấp và do đó khó đưa vào các ứng dụng thực tế. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Münster và Trung tâm Nghiên cứu Jülich lần đầu tiên chứng minh được hiện tượng lượng tử hóa năng lượng trong các dây nano làm từ chất siêu dẫn nhiệt độ cao – tức là các chất siêu dẫn mà nhiệt độ được nâng cao hơn mức mà các hiệu ứng cơ học lượng tử chiếm ưu thế. Khi đó, dây nano siêu dẫn chỉ tồn tại ở một số trạng thái năng lượng nhất định có thể được sử dụng để mã hóa thông tin. Trong các chất siêu dẫn nhiệt độ cao, các nhà nghiên cứu cũng lần đầu tiên quan sát được sự hấp thụ của một photon đơn lẻ, một hạt ánh sáng dùng để truyền tải thông tin.
“Một mặt, kết quả nghiên cứu của chúng tôi có thể góp phần vào việc sử dụng công nghệ làm mát đơn giản hơn đáng kể trong các công nghệ lượng tử trong tương lai, mặt khác, chúng mang lại cho chúng ta những hiểu biết hoàn toàn mới về các quá trình chi phối trạng thái siêu dẫn và động lực học của chúng, những điều mà chúng ta vẫn chưa hiểu rõ,” Giáo sư Carsten Schuck, trưởng nhóm nghiên cứu từ Viện Vật lý thuộc Đại học Münster nhấn mạnh. Do đó, kết quả này có thể có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của các loại công nghệ máy tính mới. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Các nhà khoa học đã sử dụng chất siêu dẫn được làm từ các nguyên tố yttrium, bari, oxit đồng và oxy, hay gọi tắt là YBCO, từ đó họ chế tạo các dây dẫn mỏng vài nanomet. Khi các cấu trúc này dẫn điện, các hiện tượng động lực vật lý gọi là "trượt pha" sẽ xảy ra. Trong trường hợp dây nano YBCO, sự dao động của mật độ hạt tải điện gây ra sự thay đổi trong dòng siêu dẫn. Các nhà nghiên cứu đã điều tra các quá trình trong dây nano ở nhiệt độ dưới 20 Kelvin, tương ứng với âm 253 độ C. Kết hợp với các phép tính mô hình, họ đã chứng minh sự lượng tử hóa các trạng thái năng lượng trong dây nano. Nhiệt độ mà tại đó các dây dẫn đi vào trạng thái lượng tử được tìm thấy ở mức 12 đến 13 Kelvin - một nhiệt độ cao hơn vài trăm lần so với nhiệt độ cần thiết cho các vật liệu thường được sử dụng. Điều này cho phép các nhà khoa học tạo ra các bộ cộng hưởng, tức là các hệ thống dao động được điều chỉnh đến các tần số cụ thể, với tuổi thọ dài hơn nhiều và duy trì các trạng thái cơ học lượng tử lâu hơn. Đây là điều kiện tiên quyết cho sự phát triển lâu dài của các máy tính lượng tử ngày càng lớn hơn.
Các thành phần quan trọng khác cho sự phát triển của công nghệ lượng tử, và tiềm năng ứng dụng trong chẩn đoán y tế, là các thiết bị dò có khả năng ghi nhận cả photon đơn lẻ. Nhóm nghiên cứu của Carsten Schuck tại Đại học Münster đã và đang nghiên cứu phát triển các thiết bị dò photon đơn lẻ dựa trên chất siêu dẫn trong nhiều năm. Điều mà các nhà khoa học trên toàn thế giới đã nỗ lực thực hiện với chất siêu dẫn nhiệt độ cao trong hơn một thập kỷ qua là khả năng này đã hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp. Trong các dây nano YBCO được sử dụng trong nghiên cứu, nỗ lực này giờ đây đã thành công lần đầu tiên. Đồng tác giả Martin Wolff từ nhóm nghiên cứu của Schuck cho biết: “Những phát hiện mới của chúng tôi mở đường cho các mô tả lý thuyết có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm và các phát triển công nghệ mới”.
Bạn có thể hoàn toàn yên tâm rằng các biên tập viên của chúng tôi theo dõi sát sao mọi phản hồi và sẽ có những hành động thích hợp. Ý kiến của bạn rất quan trọng đối với chúng tôi.
Địa chỉ email của bạn chỉ được sử dụng để thông báo cho người nhận biết ai đã gửi email. Cả địa chỉ của bạn và địa chỉ của người nhận đều không được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào khác. Thông tin bạn nhập sẽ xuất hiện trong nội dung email và không được Phys.org lưu giữ dưới bất kỳ hình thức nào.
Nhận thông tin cập nhật hàng tuần và/hoặc hàng ngày được gửi đến hộp thư của bạn. Bạn có thể hủy đăng ký bất cứ lúc nào và chúng tôi sẽ không bao giờ chia sẻ thông tin cá nhân của bạn cho bên thứ ba.
Trang web này sử dụng cookie để hỗ trợ điều hướng, phân tích việc sử dụng dịch vụ của chúng tôi và cung cấp nội dung từ bên thứ ba. Bằng cách sử dụng trang web của chúng tôi, bạn thừa nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách Bảo mật và Điều khoản Sử dụng của chúng tôi.
Thời gian đăng bài: 07/04/2020