Trung Quốc xây mạng nguyên tử lớn nhất thế giới cho máy tính lượng tử

Thứ 5: 15:52 ngày 14/08/2025

Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Pan Jianwei, nhà vật lý hàng đầu Trung Quốc dẫn đầu vừa chế tạo thành công một hệ thống sắp xếp nguyên tử phục vụ máy tính lượng tử, với quy mô lớn gấp 10 lần so với các hệ thống hiện có.

Thành tựu này được kỳ vọng sẽ mở đường cho việc mở rộng công nghệ máy tính lượng tử lên hàng chục nghìn đơn vị trong tương lai.

Thiết bị thí nghiệm được các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng để sắp xếp hơn 2.000 nguyên tử rubidi vào các mảng chính xác phục vụ nghiên cứu máy tính lượng tử.

Công trình được công bố trên tạp chí Physical Review Letters tuần trước đã giúp nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc vượt qua một trong những rào cản lớn trong phát triển máy tính lượng tử dựa trên nguyên tử.

Cụ thể, các nhà khoa học đã phát triển một hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) có khả năng sắp xếp hơn 2.000 nguyên tử rubidi vào mô hình cố định chỉ trong 0,06 giây. Mỗi nguyên tử rubidi đóng vai trò là một qubit, đơn vị cơ bản của máy tính lượng tử.

Các nhà phản biện khoa học đánh giá đây là “bước tiến quan trọng trong hiệu quả tính toán và năng lực thực nghiệm trong vật lý lượng tử sử dụng nguyên tử”.

Từ khi khái niệm máy tính lượng tử xuất hiện vào những năm 1980, ba hướng tiếp cận chính đã được phát triển, trong đó phương pháp dùng nguyên tử trung hòa được đánh giá là đầy tiềm năng. So với các công nghệ dựa trên mạch siêu dẫn hoặc ion bị bẫy, nguyên tử trung hòa có độ ổn định cao hơn và dễ kiểm soát khi mở rộng quy mô. Tuy vậy, các hệ thống hiện tại mới chỉ sắp xếp được vài trăm nguyên tử.

Trong máy tính lượng tử sử dụng nguyên tử, các nguyên tử được giữ cố định bằng các chùm laser hội tụ - còn gọi là “nhíp quang học” - để kiểm soát năng lượng và thực hiện các phép tính. Tuy nhiên, việc sắp xếp nguyên tử vào đúng vị trí từng được thực hiện thủ công, rất chậm và khó mở rộng.

Khoảng 550 nguyên tử rubidi được sử dụng để tái hiện thí nghiệm giả tưởng "con mèo của Schrödinger" trong nghiên cứu của Pan Jianwei và các cộng sự tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc.

Hợp tác với Phòng thí nghiệm Trí tuệ Nhân tạo Thượng Hải, nhóm của Giáo sư Pan đã phát triển hệ thống AI hoạt động theo thời gian thực, cho phép điều khiển đồng thời hàng nghìn nguyên tử. Sử dụng bộ điều biến ánh sáng không gian tốc độ cao, nhóm đã điều chỉnh laser để bẫy và sắp xếp lại nguyên tử thành mảng hai chiều và ba chiều hoàn chỉnh, với tổng cộng 2.024 nguyên tử rubidi được định vị chính xác chỉ trong 60 mili giây.

Đáng chú ý, thời gian sắp xếp không tăng lên khi mở rộng số lượng nguyên tử, cho thấy tiềm năng ứng dụng ở quy mô lớn hơn. Hệ thống này cũng đạt độ chính xác hàng đầu thế giới, với tỷ lệ thao tác một qubit đạt 99,97% và hai qubit đạt 99,5%. Tỷ lệ nhận diện trạng thái qubit đạt 99,92%.

Dù đạt được kết quả ngang tầm các cơ sở hàng đầu như Đại học Harvard, nhóm nghiên cứu thừa nhận vẫn còn một số hạn chế. Trong cấu trúc ba chiều, nguyên tử chỉ có thể di chuyển trong cùng một lớp; việc di chuyển giữa các lớp có thể khiến nguyên tử bị mất. Ngoài ra, kích thước mảng vẫn phụ thuộc vào công suất và độ chính xác của thiết bị điều khiển laser.

Các nhà khoa học cho rằng bước tiếp theo là phát triển nguồn laser mạnh hơn cùng bộ điều biến ánh sáng chính xác và nhanh hơn. Nếu thành công, công nghệ này có thể cho phép sắp xếp hàng chục nghìn nguyên tử một cách đồng bộ, mở ra triển vọng chế tạo máy tính lượng tử quy mô lớn trong tương lai.