Các nhà vật lí ở Mĩ vừa sử dụng một “chiếc lược tần số” quang học để làm vướng víu một cặp qubit nguyên tử. Đột phá trên báo trước tin tốt lành cho sự điện toán lượng tử thực tiễn vì nó cho phép trên các trạng thái qubit thao tác đơn giản hơn so với những hệ trước đây.
Điện toán lượng tử khai thác sự nhập nhằng cố hữu của vật lí lượng tử để xử lí những phép toán nhất định, thí dụ như tìm kiếm hay phân tích thành thừa số, nhanh hơn nhiều so với bất kì máy tính nào hiện có. Trong khi các bit thông tin thông thường chỉ nhận các giá trị 0 hoặc 1, thì một “qubit” của máy tính lượng tử tồn tại ở sự chồng chất hỗn hợp của cả hai. Sự bất định này cho phép bất kì số lượng N qubit nào tích góp lại với nhau – hay là “bị vướng víu”, nói theo ngôn ngữ lượng tử - để biểu diễn 2N giá trị, và sau đó xử lí song song với nhau. Hay, nói cách khác, một máy tính lượng tử với chỉ 10 qubit bị vướng víu có thể thực hiện 1024 phép tính cùng một lúc.
 |
| Phổ của đoàn xung phát từ từ một laser mode khóa gồm một chuỗi tần số quang cách nhau đều đặn – một cái lược quang. Những cặp tần số hình thành từ hai “răng” trên cái lược có mối quan hệ pha rõ ràng với nhau và cặp đó có thể điều khiển một qubit spin trên ion bị bẫy thông qua quá trình Raman cảm ứng. Ở đây, các nhà nghiên cứu mở rộng khả năng này cho bất kì tần số nào bằng cách tách các xung và dịch chuyển mỗi xung với bộ điều biến âm-quang. (Ảnh: APS) |
Tuy nhiên, việc làm vướng víu chẳng dễ dàng gì. Để thu được nó với các qubit nguyên tử-ion, chẳng hạn, đòi hỏi hai chùm laser cùng pha có sự phân tách tần số phù hợp chính xác với các trạng thái spin của các ion. Trước đây, các nhà vật lí đã tạo ra được những chùm tia như vậy từ một laser điều biến, hoặc từ hai laser bị khóa với một nguồn chung, nhưng cho dù trường hợp nào thì các laser phải rất mạnh để điều khiển các trạng thái spin với tốc độ hợp lí. Và vì các chuyển tiếp spin thường nằm trong vùng tử ngoại, nên tần số phát laser phải dịch lên với những hệ quang thường không làm việc hiệu quả.
Chris Monroe và các đồng sự tại trường đại học Maryland vừa chứng tỏ được rằng sự vướng víu có thể thực hiện dễ dàng hơn bằng cách sử dụng một cái lược tần số quang. Những dụng cụ này sử dụng các hiệu ứng giao thoa trên một laser để tạo ra một chuỗi xung, cách đều nhau về tần số giống như những chiếc răng lược, một phát minh đã mang lại giải thưởng Nobel vật lí năm 2005 cho Theodor W Hänsch và John L Hall.
Vì tất cả các xung cùng xuất phát từ một hộp laser như nhau, nên chúng tự động cùng pha với nhau, và những tần số có thể biến đổi dễ dàng bằng cách làm thay đổi chiều dài hộp. Điều này còn có thể thu được bằng cách thêm các dụng cụ gọi là bộ điều biển âm-quang. Nhóm của Monroe đã sử dụng các chùm tia phát ra từ một cái lược tần số để điều khiển và làm vướng víu hai qubit gồm các ion ytterbium.
“Bài báo này chứng minh rằng việc sử dụng cái lược tần số bản thân nó là hàng nghìn cặp laser”, theo David Hanneke, một nhà nghiên cứu quang học lượng tử tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kì ở Boulder, Colorado. “Phương pháp laser xung nhanh này có thể hữu ích trong nhiều hệ có sự phân tách qubit lớn, và việc thu được những laser xung công suất cao hơn có thể mang đến tiện lợi ngay cả trong những hệ hiện đang sử dụng các bộ điều biến truyền thống”.
Theo physicsworld.com
