Cập nhật ngày 28/11/2015 - 12:03:39

           

Đã có thể tạo ra các máy tính lượng tử quang học với vật liệu rẻ tiền

- Nếu bạn nghĩ rằng dữ liệu không thể truy cập nhanh hơn bằng bất kỳ cách nào thì nghiên cứu vật liệu mới dưới đây sẽ làm bạn bất ngờ.

Khi người ta nói về thế hệ tiếp theo của máy tính, chúng thường được đề cập đến một trong hai điều: các máy tính lượng tử - thiết bị sẽ có sức mạnh xử lý theo cấp số nhân lớn hơn nhờ sự bổ sung của sự chồng chất lượng tử để mã nhị phân - và máy tính quang học, xử lý chùm dữ liệu với tốc độ của ánh sáng mà không tạo ra nhiệt và năng lượng lãng phí như tất cả các máy tính điện tử truyền thống.

Cả hai dòng máy tính quyền lực trong cuộc cách mạng máy tính mà chúng ta biết liệu có thể được gộp lại thành một? Hiện tại các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ, Sydney đã phát hiện ra một loại vật liệu có khả năng kết hợp cả hai khả năng của hai dòng máy vào trong một máy tính mạnh mẽ trong tương lai. 

Cấu trúc phân tử của vật liệu này là các nguyên tử boron kết hợp với nitrogen được xếp thành lớp lục giác boron nitride cực kỳ nhỏ và chỉ dày bằng một nguyên tử - giống như graphene - và nó có khả năng phát ra một xung duy nhất của ánh sáng lượng tử theo yêu cầu ở nhiệt độ phòng, điều đó khiến loại vật liệu này lý tưởng để giúp xây dựng một chip máy tính quang học lượng tử.

Vật liệu này có thể phát ra các xung lượng tử của ánh sáng - photon duy nhất có thể mang thông tin

Cho đến nay,  bộ phát lượng tử ở nhiệt độ phòng làm việc rất khó khăn với chất liệu 3D như kim cương, mà không thể dễ dàng có để tích hợp vào chip máy tính. 

"Ở vật liệu này - lớp lục giác boron nitride (boron và nitơ nguyên tử được sắp xếp trong một cấu trúc tổ ong) - là khá độc đáo," Mike Ford một trong những nhà nghiên cứu cho biết. "Đó là nguyên tử mỏng và được sử dụng như một chất bôi trơn, tuy nhiên khi nghiên cứu cẩn thận, chúng tôi phát hiện ra rằng nó có thể phát ra các xung lượng tử của ánh sáng - photon duy nhất có thể mang thông tin.”

"Điều này rất quan trọng vì một trong những mục tiêu lớn hơn là làm cho chip máy tính quang học có thể hoạt động dựa trên các điện tử ánh sáng, nhờ đó chip hoạt động nhanh hơn nhiều và ít tỏa nhiệt hơn," ông nói thêm.

Vì vậy, làm thế nào một xung ánh sáng làm việc được với máy tính lượng tử? Trong một hệ thống máy tính truyền thống, các photon - các hạt ánh sáng - có thể được sử dụng để lưu trữ thông tin bằng cách ở một trong hai phân cực theo chiều dọc hoặc ngang.

Nhưng các photon này cũng có thể chuyển thành các bit lượng tử (hay qubit) bằng cách xếp chồng chất lên nhau- một trạng thái lượng tử độc đáo, nơi mà các hạt đang ở trong cả hai phân cực theo chiều dọc và ngang cùng một lúc. Đó là một vấn đề lớn đối với an ninh.

"Bạn có thể tạo ra hệ thống thông tin liên lạc rất an toàn sử dụng các photon đơn lẻ", thành viên nhóm nghiên cứu Igor Aharonovich giải thích. "Mỗi photon có thể được sử dụng như một qubit (bit lượng tử, tương tự như bit điện tử tiêu chuẩn), nhưng vì người ta không thể can thiệp vào các photon đơn nên các thông tin được an toàn."

Đặc biệt,  vật liệu mới với cấu trúc Boron nitride lại cứng ngang ngửa với kim cương và tinh thể này còn rẻ tiền hơn nhiều và dễ dàng tổng hợp, có nghĩa là nó có thể dễ dàng mở rộng.

"Đây là vật liệu rất dễ chế tạo," nghiên cứu sinh Trần Trọng Toàn cho biết. "Đó là một lựa chọn khả thi hơn nhiều vì nó có thể được sử dụng ở nhiệt độ phòng, nó là giá rẻ, bền vững và có sẵn với số lượng lớn. Cuối cùng, chúng tôi muốn xây dựng một thiết bị có thể tạo ra các photon đơn lẻ theo yêu cầu, mà sẽ được sử dụng như một nguồn nguyên mẫu đầu tiên cho công nghệ lượng tử mở rộng, sẽ mở đường cho máy tính lượng tử với cấu trúc hình lục giác của boron nitride".

Các thành viên của nhóm nghiên cứu
(Từ trái qua) Igor Aharonovich, Trọng Toan Tran, Kerem Bray, Mike Ford và Milos Toth  tại UTS Science.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology. Bây giờ tất cả chúng ta thực sự muốn biết là liệu các vật liệu mới cũng sẽ làm việc với Li-Fi (công nghệ nhanh gấp 100 lần Wi-Fi) hay không. Nếu có thể thì tương lai chúng ta sẽ có khá nhiều thiết lập mới.

Linh Linh
Tham khảo Sciencealert
* Ý kiến bạn đọc
* Tin đáng chú ý
* Các tin liên quan