Phương pháp mới mở đường cho cuộc cách mạng trong máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử cần những đột phá trong công nghệ vật liệu

Một nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Vật liệu Tiên tiến (WPI-AIMR) thuộc Đại học Tohoku (Nhật) đã phát triển một kỹ thuật mới giúp xác định nhanh chóng và chính xác trạng thái điện tích của các electron bị giam giữ trong các chấm lượng tử bán dẫn — những thành phần then chốt trong hệ thống máy tính lượng tử.

Dưới sự chỉ huy của Tiến sĩ Motoya Shinozaki (Trợ lý Giáo sư Đặc biệt) và Phó giáo sư Tomohiro Otsuka (cũng là thành viên của Viện Nghiên cứu Truyền thông điện tử), nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng phương pháp ước lượng tuần tự theo Bayes của họ vượt trội hơn hẳn so với các kỹ thuật truyền thống dựa trên ngưỡng, đặc biệt trong những trường hợp mà nhiễu đo lường thay đổi tùy thuộc vào trạng thái điện tích của electron.

Trong máy tính lượng tử, việc phát hiện chính xác và nhanh chóng sự hiện diện hay vắng mặt của một electron - tức trạng thái điện tích của nó - là yếu tố then chốt để đọc thông tin từ các bit lượng tử (qubit). Tuy nhiên, quá trình đọc tín hiệu thường chịu ảnh hưởng bởi nhiễu dao động, khiến nhiệm vụ này trở nên đặc biệt khó khăn.

Phương pháp Bayes của nhóm nghiên cứu cho phép theo dõi trạng thái điện tích trong các chấm lượng tử theo thời gian thực, mang lại khả năng đo lường bền vững và đáng tin cậy hơn so với các phương pháp thông thường.

Đáng chú ý, kỹ thuật này vẫn duy trì hiệu suất cao ngay cả ở những điểm chuyển tiếp giữa các trạng thái điện tích - nơi mà việc phân biệt tín hiệu là khó khăn nhất.

Tiến sĩ Shinozaki chia sẻ: “Công trình này cho thấy cách tiếp cận dựa trên dữ liệu có thể nâng cao độ chính xác trong đo lường lượng tử. Bằng cách cải thiện quy trình đọc tín hiệu, phương pháp của chúng tôi góp phần thúc đẩy nỗ lực phát triển máy tính lượng tử dựa trên bán dẫn theo hướng thực tiễn hơn”.

Bên cạnh những ứng dụng tiềm năng trong điện toán lượng tử, kỹ thuật này cũng có thể hỗ trợ phát triển các cảm biến hiệu suất cao ở cấp độ nano và giúp nghiên cứu các tính chất điện tử cục bộ trong hệ vật chất ngưng tụ.

Nhóm nghiên cứu dự định sẽ mở rộng phương pháp suy luận Bayes này cho nhiều hệ đo lường có nhiễu phức tạp, đồng thời tích hợp kỹ thuật vào phần cứng FPGA (mạch logic có thể lập trình trường) để triển khai trong thời gian thực. Những bước tiến như vậy có thể giúp tăng tốc độ đọc tín hiệu và mở ra các hướng đi mới trong việc khám phá vật liệu bằng cảm biến điện tích dựa trên chấm lượng tử.

Anh Tú