Vướng víu lượng tử (hay còn gọi là rối lượng tử) là một trong các hiện tượng khoa học kỳ lạ nhất và cho đến nay chưa có công trình khoa học nào giải mã được nó. Vướng víu lượng tử đóng vai trò then chốt trong khoa học lượng tử nói chung và máy tính lượng tử nói riêng. Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, hãy tham khảo bài viết tại đây.

Cái khó khi nghiên cứu hiện tượng vướng víu lượng tử xuất phát từ việc nó xảy ra khi các hạt ở rất gần nhau, do đó không có thiết bị quan sát nào có thể phân biệt được chúng. Trong kính hiển vi thông thường, khoảng không giữa hai nguyên tử thực sự biến mất khi khoảng cách giữa chúng nằm trong một giới hạn gọi là giới hạn nhiễu xạ, một khoảng cách gần bằng bước sóng của ánh sáng. Điều này tương tự như hai ngôi sao ở xa xuất hiện như một điểm sáng duy nhất trên bầu trời đêm. Tuy nhiên, đây cũng là quy mô mà tại đó các nguyên tử bắt đầu tương tác và tạo ra các hiện tượng cơ lượng tử đặc biệt thú vị.

Được công bố trên tạp chí Science, phương pháp mới dựa trên việc kích thích các nguyên tử erbium có khoảng cách gần nhau trong một tinh thể bằng cách sử dụng tia laser được tinh chỉnh trong mạch quang học kích cỡ nano mét. Các nhà nghiên cứu ứng dụng một hiện tượng đã được biết đến là mỗi nguyên tử phản ứng một cách khác nhau với các tần số hoặc màu sắc khác nhau của ánh sáng laser, từ đó cho phép nghiên cứu và kiểm soát nhiều nguyên tử mà không cần dựa vào thông tin không gian của chúng. Tức là dù cho chúng ở gần nhau đến mức nào cũng không ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp mới này.

Khi tia laser chiếu sáng các nguyên tử erbium, nó kích thích vừa đủ để chúng phát ra ánh sáng yếu ớt ở một tần số duy nhất, nhưng vừa đủ để lưu giữ và đo spin của nguyên tử. Các tần số này thay đổi rất tinh vi theo các trạng thái khác nhau của nguyên tử, trong đó spin hướng lên tương ứng với một tần số và spin hướng xuống ứng với một tần số khác. Mỗi nguyên tử riêng lẻ có một cặp tần số riêng.

Hình dáng bên ngoài của Erbium (Er) và một số vật liệu khác

Hệ thống erbium trong nghiên cứu trên đóng vai trò như một loại qubit mới đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng mạng. Hệ thống này có thể hoạt động bằng cơ sở hạ tầng viễn thông hiện có, gửi tín hiệu dưới dạng ánh sáng mã hóa qua các thiết bị silicon và sợi quang. Hai đặc tính này mang lại cho erbium một lợi thế công nghiệp so với các qubit trạng thái rắn tiên tiến nhất hiện nay. Tuy nhiên, để đưa vào ứng dụng ở quy mô lớn, sẽ cần tiến hành các nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa nó. Chi tiết tham khảo tại:

Songtao Chen, Mouktik Raha, Christopher M. Phenicie, Salim Ourari, Jeff D. Thompson. Parallel single-shot measurement and coherent control of solid-state spins below the diffraction limit. Science, 2020; 370 (6516): 592 DOI: 10.1126/science.abc7821

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: http://imc.org.vn