Nghiên cứu sinh Việt Nam tìm ra vật liệu chế tạo siêu máy tính quang lượng tử

Vật liệu mới có thể kết hợp máy tính lượng tử với máy tính quang học, mở ra một viễn cảnh tuyệt vời cho công nghệ thông tin. Đây là công trình của đội ngũ nghiên cứu tới từ Đại học Công nghệ Sydney. Đáng nói trong đó có một người Việt Nam, anh Trần Trọng Toàn.

Khi nói về thế hệ tiếp theo của máy tính, chúng ta thường đề cập đến các máy tính lượng tử. Những thiết bị sẽ có sức mạnh xử lý gấp hàng trăm triệu lần máy tính thông thường dựa trên cơ chế chồng chập lượng tử. Ứng viên thứ hai được nhắc đến là máy tính quang học. Chúng có thể xử lý dữ liệu với tốc độ của ánh sáng mà không tạo ra nhiệt và năng lượng lãng phí như tất cả các máy tính truyền thống.

Bất kể theo đuổi hướng đi nào trong việc phát triển thế hệ máy tính tiếp theo, chúng ta đều có thể tạo ra một cuộc cách mạng mới. Vậy mà các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Sydney còn mở ra cho chúng ta một viễn cảnh tuyệt vời hơn thế. Họ mới phát hiện ra một loại vật liệu mới có khả năng kết hợp cả hai hai dòng máy thành một. Máy tính quang lượng tử sẽ là một hướng đi mới.

Máy tính quang lượng tử sẽ là một hướng đi mới.

Đó là vật liệu được hình thành từ các lớp nguyên tử Bo và Nitơ, chúng xếp thành hình lục giác. Cũng như graphene, những lớp này chỉ có chiều dày 1 nguyên tử. Chúng có khả năng phát ra một xung ánh sáng lượng tử ngay trong điều kiện nhiệt độ phòng. Đây chính là tính chất quan trọng giúp vật liệu này trở thành tương lai cho những chip máy tính quang lượng tử.

Ngày nay, những bộ phát lượng tử làm việc ở nhiệt độ phòng được chế tạo chủ yếu từ kim cương với mạng tinh thể 3 chiều. Trong khi đó, với cấu trúc 2 chiều giống graphene, vật liệu mới được phát hiện có khả năng tích hợp dễ dàng hơn với các chip trong máy tính.

“Vật liệu này được hình thành nên từ những nguyên tử Bo và Nitơ sắp xếp trong một cấu trúc tổ ong hình lục giác, nó được gọi là boron nitride“, Mike Ford một trong những nhà nghiên cứu cho biết. “Những lớp nguyên tử mỏng này đã từng được sử dụng để chế tạo chất bôi trơn. Tuy nhiên, khi chúng tôi xử lý nó qua một quy trình cẩn thận, nó bất ngờ phát ra xung lượng tử ánh sáng, những photon có thể mang thông tin”.

“Đây chính là điểm mấu chốt để tạo nên một chip máy tính quang học, cỗ máy sẽ làm việc với photon ánh sáng thay vì các điện tử. Vì vậy, nó sẽ nhanh hơn và ít tỏa nhiệt hơn”, ông nói thêm.

Các thành viên trong nhóm nghiên cứu.

Một máy tính lượng tử hoạt động trên ánh sáng sẽ như thế nào?

Nói về một máy tính sử dụng ánh sáng để thay thế các điện tử truyền thống, chúng sử dụng các photon để mã hóa bit 0 và 1 theo hai trạng thái phân cực của hạt ánh sáng. Khi xác lập trạng thái chồng chất lưởng tử, một photon có thể đồng thời phân cực theo chiều cùng một lúc.

Lúc này, nó sẽ mã hóa cho cả hai bit 0 và 1, các nhà khoa học gọi đó là bit lượng tử, qubit. Một máy tính sử dụng qubit dựa trên photon sẽ cho sức mạnh, tốc độ và bảo mật cực kì vượt trội.

“Bạn có thể tạo ra một hệ thống thông tin liên lạc rất an toàn nếu sử dụng các photon đơn lẻ”, Igor Aharonovich, thành viên nhóm nghiên cứu giải thích. “Mỗi photon có thể được sử dụng như một quibit, không một ai có thể can thiệp vào qubit nên thông tin sẽ tuyệt đối an toàn”.

Trần Trọng Toàn, tác giả đứng đầu nghiên cứu làm việc trên một thiết bị phát photon.

Trở lại với vật liệu mới dựa trên Bo và Nitơ, các nhà khoa học nói rằng nó sẽ tương đối rẻ và dễ tổng hợp khi ra khỏi phòng thí nghiệm. Nghĩa là khả năng thương mại hóa sẽ nằm trong tầm tay.

“Đây là một vật liệu dễ chế tạo”. Trần Trọng Toàn, nghiên cứu sinh người Việt Nam đang theo học tại Đại học Công nghệ Sydney (ứng viên Tiến sĩ – PhD Candidate) cho biết. “Tính khả thi của nó đến từ khả năng hoạt động ở nhiệt độ phòng, giá rẻ, độ bền cao và nguồn nguyên liệu dồi dào”.

“Trong tương lai, chúng tôi sẽ xây dựng những thiết bị có khả năng tạo ra photon đơn lẻ theo ý muốn. Đó sẽ là nguyên mẫu đầu tiên của nhân loại sử dụng vật liệu boron nitride cho tính toán lượng tử”, anh nói thêm.

Nghiên cứu đột phá được công bố trên tạp chí khoa học Nature Nanotechnology.

Cách đây không lâu, Li-fi, công nghệ sử dụng ánh sáng để thay thế Wi-fi cũng mới được giới thiệu. Một ngày nào đó, nếu máy tính quang lượng tử với vật liệu boron nitride ra đời, chúng ta sẽ có những thiết lập thú vị của hệ thống mạng máy tính chỉ sử dụng ánh sáng.

Nguồn: GenK