Các nhà khoa học đã giới thiệu một bộ xử lý lượng tử linh hoạt với các qubit có thể dịch chuyển, dễ chế tạo và vận hành

Kiến trúc lượng tử mới: tích hợp linh hoạt các phương pháp bán dẫn và nguyên tử

Các nhà khoa học từ Hà Lan, bao gồm nhân viên Đại học Công nghệ Delft (Delft University of Technology) và công ty QuTech, cùng với Intel đã giới thiệu một sơ đồ tính toán lượng tử đổi mới. Cơ sở là sự kết hợp của hai công nghệ truyền thống: các qubit spin trên bán dẫn và các hệ thống nguyên tử/ion.

Tại sao điều này quan trọng
* Sản xuất hàng loạt – chip bán dẫn dễ dàng mở rộng, nhưng “được lập trình” hạn chế tính linh hoạt của thuật toán.
* Linh hoạt và di động – qubit nguyên tử và ion có thể được chuyển động bằng pin cầm laser, cho phép tự do tạo bất kỳ liên kết nào giữa chúng và nhanh chóng thay đổi sơ đồ sửa lỗi.

Ý tưởng mới kết hợp lợi thế của cả hai thế giới: tính nhỏ gọn và tích hợp bán dẫn với khả năng di chuyển động qubit như trong các hệ thống nguyên tử.

Cách hoạt động
1. Điểm lượng tử – cấu trúc rất nhỏ giữ một electron đơn lẻ. Spin của electron này là qubit.
2. Di chuyển – thay vì “khoá” tại một điểm, electron di chuyển qua chuỗi các điểm lượng tử bằng tín hiệu điện. Điều này giống như nguyên tử di chuyển trong bẫy ion.
3. Tương tác – hai qubit tiến gần, hàm sóng của chúng chồng lên nhau và thực hiện phép toán hai qubit (ví dụ: rối loạn). Sau khi hoàn thành, chúng trở về vị trí ban đầu.

Kết quả thí nghiệm
* Trên một dãy tuyến tính gồm sáu điểm lượng tử đạt độ chính xác > 99 % cho các cổng hai qubit.
* Đã thực hiện truyền tải trạng thái lượng tử với độ chính xác khoảng 87 %.
* Khi di chuyển qubit, không có mất mát độ bền liên tục đáng kể.

Kiến trúc
* Khu lưu trữ – vị trí cố định nơi qubit “đợi” thao tác.
* Đường vận chuyển – lộ trình cho electron di chuyển giữa các khu vực.
* Khu tương tác – các vùng đặc biệt nơi hai qubit có thể tương tác và thực hiện cổng logic.

Cấu trúc này cho phép sau khi sản xuất chip thay đổi liên kết giữa qubit theo sơ đồ sửa lỗi hoặc thuật toán được chọn, mang lại tính linh hoạt không có trong các chip công nghiệp truyền thống.

Kết luận
Hệ thống đề xuất kết hợp sự đơn giản của sản xuất hàng loạt các điểm lượng tử bán dẫn với tính di động và thích ứng của qubit nguyên tử. Điều này mở đường cho những máy tính lượng tử linh hoạt hơn và có thể mở rộng, nơi thuật toán có thể được thay đổi “trong thời gian thực”, chứ không chỉ theo lệnh đã lập trình trước.