Cà phê buổi sáng sẽ xoáy với những đám chất lỏng màu trắng nếu thêm một chút kem. Nhưng sau vài giây, những vòng xoáy đó sẽ biến mất và sẽ chỉ còn lại một chất lỏng màu nâu thông thường trong cốc.
Trong nghiên cứu hiện tại, Nandkishore và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng các công cụ toán học để hình dung ra mô hình bàn cờ của các qubit lý thuyết. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nếu họ sắp xếp các số 0 và số 1 này đúng cách thì các họa tiết có thể chạy quanh bàn cờ nhưng có thể không bao giờ biến mất hoàn toàn. Tín dụng hình ảnh: Stephen, Hart & Nandkishore
Thông tin có thể nhanh chóng trở nên lộn xộn trong các chip máy tính lượng tử, là những thiết bị khai thác những đặc điểm kỳ lạ của vũ trụ ở quy mô nhỏ nhất. Điều này giới hạn dung lượng bộ nhớ của các thiết bị này.
Điều đó không nhất thiết phải như vậy, Rahul Nandkishore, Phó Giáo sư Vật lý tại CU Boulder, lưu ý.
Sử dụng các kỹ thuật toán học, ông và các đồng nghiệp đã thực hiện một bước đột phá đáng kể trong vật lý lý thuyết bằng cách chứng minh rằng có thể xây dựng một tình huống trong đó sữa và cà phê không trộn lẫn với nhau, bất kể chúng được khuấy mạnh đến mức nào.
Nghiên cứu của nhóm có thể mang lại những con chip máy tính lượng tử được cải tiến và mang đến cho các kỹ sư những con đường mới để lưu trữ dữ liệu trong những vật phẩm cực nhỏ.
Hãy nghĩ đến những kiểu xoáy đầu tiên xuất hiện khi bạn thêm kem vào cà phê buổi sáng; hãy tưởng tượng nếu những mô hình này tiếp tục xoáy và nhảy dù bạn đã xem bao lâu.
Rahul Nandkishore, Tác giả cao cấp và Phó giáo sư, Khoa Vật lý, Đại học Colorado Boulder
Để xác nhận rằng những vòng xoáy vô hạn này thực sự khả thi, cần có nhiều thử nghiệm trong phòng thí nghiệm hơn. Tuy nhiên, phát hiện của nhóm thể hiện một tiến bộ đáng kể đối với các nhà vật lý đang làm việc trong dự án được gọi là “phá vỡ tính linh hoạt”, nhằm mục đích tạo ra các vật liệu không ở trạng thái cân bằng trong thời gian dài.
Kết quả của nhóm đã được công bố trên tạp chí”Thư đánh giá thể chất.“
Bộ nhớ lượng tử
Vấn đề chung của nghiên cứu về điện toán lượng tử là điều thúc đẩy các đồng tác giả David Stephen và Oliver Hart, các nhà nghiên cứu vật lý sau tiến sĩ tại VỚI Tảng đá.
Thông thường, “bit” được biểu thị bằng số 0 hoặc số 1, cung cấp năng lượng cho máy tính. Ngược lại, Nandkishore làm rõ, máy tính lượng tử sử dụng “qubit”, là những thực thể có thể tồn tại ở dạng 0 hoặc một tại cùng một thời điểm do đặc thù của cơ học lượng tử.
Qubit đã được các kỹ sư tạo ra bằng cách sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, chẳng hạn như các nguyên tử đơn lẻ bị giữ lại bởi tia laser hoặc các thành phần nhỏ được gọi là chất siêu dẫn.
Nhưng qubit rất dễ bị nhầm lẫn, giống như tách cà phê đó. Chẳng hạn, nếu mỗi qubit được lật thành một, các qubit cuối cùng sẽ lật qua lại cho đến khi toàn bộ con chip trở thành một mớ hỗn độn vô tổ chức.
Trong nghiên cứu gần đây của họ, Nandkishore và các đồng nghiệp của ông có thể đã xác định được một phương pháp khắc phục xu hướng trộn lẫn thông thường của các qubit. Nhóm đã tiến hành các tính toán cho thấy rằng nếu các nhà khoa học sắp xếp các qubit thành các mẫu cụ thể thì các cấu hình này sẽ bảo toàn thông tin của chúng ngay cả khi chịu các nhiễu loạn như từ trường.
Theo nhà vật lý, phát hiện này làm tăng khả năng chế tạo các thiết bị có dạng bộ nhớ lượng tử.
Đây có thể là một cách lưu trữ thông tin; bạn sẽ viết thông tin vào các mẫu này và thông tin không thể bị suy giảm.
Rahul Nandkishore, Tác giả cao cấp và Phó giáo sư, Khoa Vật lý, Đại học Colorado Boulder
Khai thác hình học
Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã nhìn thấy một loạt hàng trăm đến hàng nghìn qubit được sắp xếp theo mô hình giống như bàn cờ bằng cách sử dụng các kỹ thuật mô hình toán học.
Họ phát hiện ra rằng việc đóng gói các qubit vào một không gian nhỏ chính là chìa khóa. Theo Nandkishore, qubit có thể ảnh hưởng đến hành động của những người hàng xóm nếu chúng ở đủ gần nhau. Nó tương tự như một đám đông cố gắng chen chúc vào bốt điện thoại. Ngay cả khi một số người trong số đó đứng thẳng hoặc lộn ngược đầu, họ không thể quay lại mà không va vào người khác.
Theo tính toán của họ, nếu những mô hình này được hình thành một cách chính xác, chúng có thể chảy xung quanh một con chip điện toán lượng tử và không bao giờ bị phá vỡ, giống như những đám mây kem xoáy vô tận trong cà phê.
Nandkishore nói: “Điều tuyệt vời trong nghiên cứu này là chúng tôi phát hiện ra rằng chúng tôi có thể hiểu được hiện tượng cơ bản này thông qua hình học gần như đơn giản..”
Phát hiện của nhóm có thể ảnh hưởng nhiều hơn đến máy tính lượng tử.
Tuy nhiên, những khám phá gần đây của ông đã bổ sung thêm bằng chứng cho thấy một số tổ chức vật chất nhỏ nhất định có thể chống lại trạng thái cân bằng đó, từ đó thách thức một số định luật cứng nhắc nhất của vũ trụ.
Theo Nandkishore, gần như mọi thứ trong vũ trụ, từ những vùng biển khổng lồ đến những tách cà phê, đều có xu hướng bị hút về trạng thái gọi là “cân bằng nhiệt”. Ví dụ, khi bạn đặt một viên đá vào cốc, sức nóng từ cà phê sẽ làm đá tan chảy và cuối cùng biến thành chất lỏng có cùng nhiệt độ.
Chúng ta sẽ không phải làm lại phép tính về băng và nước. Lĩnh vực toán học mà chúng ta gọi là vật lý thống kê cực kỳ thành công trong việc mô tả những thứ chúng ta gặp trong cuộc sống hàng ngày. Nhưng có những cài đặt có thể không áp dụng được.
Rahul Nandkishore, Tác giả cao cấp và Phó giáo sư, Khoa Vật lý, Đại học Colorado Boulder
Tạp chí tham khảo
Stephen, DT, et al., (2024). Sự phá vỡ tính linh hoạt có thể chứng minh là mạnh mẽ trước những nhiễu loạn tùy ý. Thư đánh giá thể chất. doi.org/10.1103/physrevlett.132.040401
nguồn: https://www.colorado.edu/
<
p style=”text-align: justify;”>
Source link
