Các nhà vật lý tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson đã tìm ra một cách mới để bảo vệ thông tin lượng tử: che chắn nó bằng âm thanh. Một luồng sóng âm thanh ổn định có thể giữ cho một qubit mong manh an toàn khỏi tiếng ồn xung quanh, gần như tăng gấp ba thời gian nó lưu giữ dữ liệu.
Tại sao qubit mất trí nhớ
Qubit là khối xây dựng của máy tính lượng tử trong tương lai. Chúng lưu trữ thông tin trong các trạng thái lượng tử tinh tế dễ bị xáo trộn. Nhiệt, trường điện từ lạc và rung động hàng ngày đều khiến qubit mất dữ liệu nhanh chóng — một vấn đề được gọi là mất kết hợp. Giữ cho một qubit ổn định đủ lâu để chạy các phép tính là một trong những thách thức khó khăn nhất trong lĩnh vực này.
Một lá chắn âm thanh cho trạng thái lượng tử mong manh
Nhóm Harvard đã áp dụng một cách tiếp cận khác. Thay vì cố gắng chặn tiếng ồn, họ sử dụng rung động cơ học — sóng âm thanh — để "mặc áo" cho qubit và bảo vệ nó khỏi môi trường xung quanh. Trong các thí nghiệm được báo cáo trên Nature Physics, lá chắn âm thanh gần như tăng gấp ba thời gian qubit lưu giữ thông tin.
Trong một trình diễn liên quan, một nhóm tại Cornell đã áp dụng bảo vệ kết hợp hoàn toàn cơ học cho một spin khuyết tật silicon trong kim cương. Vì sự bảo vệ là cơ học chứ không phải điện, nó tránh được nhiễu điện từ thường làm xáo trộn các hệ thống lượng tử. Sóng âm thanh cũng có thể được dẫn trên chip, điều này làm cho phương pháp này trở nên thực tế cho các thiết bị thực.
Điều gì tiếp theo
Các kết quả chỉ ra các mạng lượng tử dựa trên âm thanh được xây dựng trên chip và hướng tới các hệ thống lai kết hợp nhiều loại công nghệ lượng tử trong một thiết bị. Các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp này đơn giản hơn nhiều sơ đồ bảo vệ hiện có và có thể được kết hợp với chúng. Xây dựng máy tính lượng tử đáng tin cậy vẫn sẽ mất nhiều năm, nhưng qubit được che chắn bằng âm thanh đã loại bỏ thêm một trở ngại trên con đường.
Bảo vệ dựa trên âm thanh cũng có một lợi thế thực tế: tín hiệu âm thanh có thể được dẫn dọc theo các kênh nhỏ trên chip, vì vậy công nghệ sản xuất tương tự được sử dụng cho vi điện tử ngày nay có thể được điều chỉnh cho các thiết bị lượng tử. Các nhóm Harvard và Cornell cho biết bước tiếp theo là thử nghiệm phương pháp này trong các mảng qubit lớn hơn, nơi tiếng ồn và nhiễu nhân lên.