Chip silicon ứng dụng công nghệ lượng tử cho hiệu suất gấp 100 lần chip thông thường

Chip silicon được tạo ra bởi các kỹ sư lượng tử này có hiệu suất cực khủng lên tới gấp 100 lần so với các loại chip thông thường.

Trong nhiều năm qua, hệ thống máy tính đã sử dụng bộ xử lý Silicon và chip nhớ, chúng được sắp xếp nằm cạnh nhau trên một lớp duy nhất. Các thành phần này được kết nối với nhau thông qua hệ thống dây phức tạp để dữ liệu có thể được tính toán trên bộ vi xử lý và sau đó được lưu trữ trên chip nhớ.

Tuy nhiên có một số vấn đề là hệ thống cấu hình này khi gửi tín hiệu kỹ thuật số trên một tuyến đường dài hơn mức lý tưởng của nó thì sẽ có các vấn đề xảy ra dẫn đến tắc nghẽn đường truyền tải dữ liệu và có quá nhiều dữ liệu đang cố gắng truyền tải đồng thời tới các mạch giống nhau. Nhưng cả hai vấn đề này đều có thể được giải quyết bằng cách xếp chồng bộ xử lý và chip bộ nhớ lên nhau. Samsung cũng áp dụng giải pháp xếp chồng chip để quản lý để sản xuất ổ cứng 16 Terabyte.

Để chế tạo ra con chip Silicon, thì phải làm nóng nó lên đến 1800 độ F, thật sự là một đều vô cùng khó khăn, để giải quyết vấn đề khó này các nhà sản xuất đã phải chế tạo các chip Silicon riêng biệt, sau đó xếp chồng lên nhau và kết nối hàng nghìn dây điện cần thiết để đưa ra một giải pháp tốt nhất, hoàn thiện nhất đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng của con người.

Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại UNSW Sydney (Viện Đại học New South Wales hay Đại học New South Wales là một đại học viện ở khu Kensington, một vùng đông thành phố Sydney, New South Wales, Úc Đại Lợi) đã chứng minh rằng “Qubit spin” – các đặc tính của các Electron đại diện cho các đơn vị thông tin cơ bản trong ứng dụng máy tính lượng tử, chúng có thể lưu giữ thông tin lên đến hai mili giây. Được gọi là “thời gian kết hợp hoàn hảo”, khoảng thời gian mà các Qubit có thể được điều khiển trong các phép tính ngày càng phức tạp, thành tựu này dài hơn 100 lần so với các điểm chuẩn trước đó trong cùng một bộ xử lý lượng tử.

Máy tính lượng tử Qubit spin là một máy tính lượng tử dựa trên việc điều khiển spin của các hạt tải điện (electron và lỗ trống electron) trong các thiết bị bán dẫn. Máy tính lượng tử Qubit spin đầu tiên được đề xuất bởi Daniel Loss và David P. DiVincenzo vào năm 1997. Đề xuất sử dụng spin-½ bậc tự do nội tại của các Electron riêng lẻ bị giới hạn trong chấm lượng tử dưới dạng Qubit.

Cho đến nay Qubit spin đã được thực hiện bằng cách làm cạn kiệt cục bộ các khí điện tử hai chiều trong các chất bán dẫn như arsenide gali, silicon và germani, các Qubit spin cũng đã được thực hiện trong Graphene. Trong điện toán lượng tử, bạn càng giữ được nhiều vòng quay thì càng có nhiều cơ hội duy trì thông tin trong quá trình tính toán. Khi các Qubit spin ngừng quay, tính toán sẽ bị sụp đổ và các giá trị được biểu thị bởi mỗi Qubit sẽ bị mất. Khái niệm về sự kết hợp mở rộng đã được các kỹ sư lượng tử tại UNSW xác nhận bằng thực nghiệm vào năm 2016.

Để chế tạo những con chip lượng tử và máy tính lượng tử trong phòng thí nghiệm, mất rất nhiều thời gian và phải bỏ ra một khoản chi phí đắt đỏ. Mặc dù vậy, ngành công nghiệp máy tính lượng tử đã gặt hái được những thành công ban đầu. Đây là cuộc đua của những ông lớn trong làng công nghệ như Intel, Google, IBM, Microsoft,…

Chẳng hạn như Intel đã cho ra mắt con chip lượng tử Tangle Lake 49 Qubit mạnh nhất thế giới. Google cũng cho ra mắt chip lượng tử mạnh nhất từ trước tới giờ Bristlecone 72 Qubit. Gã khổng lồ IBM cũng đã tuyên bố phát triển thành công máy tính 50 Qubit. Đầu năm 2019, IBM cũng vừa công bố chiếc máy tính lượng tử thương mại có sức mạnh tính toán đáng kinh ngạc của mình mang tên IBM Q System One.

Kỳ vọng với máy tính lượng tử có thể đang đi trước thực tế, nhưng tiềm năng của lĩnh vực này vẫn rất lớn. Công ty tư vấn Boston Consulting Group ở Mỹ hồi tháng 7 công bố dự báo cho rằng máy tính lượng tử có thể tạo ra giá trị hàng năm tương đương 10 tỷ USD vào năm 2030 và tăng lên tới 850 tỷ USD vào năm 2040. Công nghệ lượng tử nhìn chung chúng là “một miếng mồi ngon”, một cá nhân, một doanh nghiệp nào sở hữu được nó thì sẽ làm chủ cuộc chơi trong thời đại công nghệ số.

Ứng dụng công nghệ lượng tử trong sản xuất màn hình cảm biến, độ nhạy của trạng thái lượng tử có thể được khai thác, phục vụ cho các loại cảm biến nhờ khả năng phát hiện ánh sáng, trọng lực và từ trường, giúp cải thiện hình ảnh, tái thể hiện chất lượng màu sắc ở mức chân thực nhất, sắc nét nhất có thể.

Công nghệ lượng tử giúp bảo mật thông tin tuyệt đối. Mật mã lượng tử cho phép bảo mật thông tin truyền đi bằng truyền thông quang, giúp thông tin bảo mật tuyệt đối. Bằng phương pháp mã hóa truyền thống, chỉ cần một máy tính đủ mạnh hay tin tặc trình độ cao, nội dung bảo mật của bạn sẽ bị phơi bày. Nhưng bằng công nghệ lượng tử, nội dung mã hóa sẽ được khóa chặt với tất cả các đối tượng ngoại trừ bên nhận được xác thực qua mã code.

• Xem thêm bài viết chuyên mục Khám phá