Trong một bước tiến đột phá, các nhà nghiên cứu từ Đại học Tohoku (Nhật Bản) và Trường St. Paul’s (Anh) đã phát triển một thuật toán lượng tử cho phép máy tính lượng tử hiểu rõ hơn về chính hiện tượng rối lượng tử và bảo toàn hiện tượng cốt lõi này. Giống như con người tìm cách khám phá bản chất của chính mình, các máy tính lượng tử giờ đây đang dần hiểu rõ hơn về các nguyên lý mà chúng vận hành.
Công trình này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong cả việc hiểu rõ hơn về rối lượng tử và phát triển các công nghệ lượng tử tiên tiến. Nghiên cứu đã được công bố trên Physical Review Letters.
Rối lượng tử: liên kết bí ẩn
Rối lượng tử, từng được Einstein mô tả là “hành động ma quái từ xa”, là hiện tượng trong đó các hạt vẫn giữ mối liên kết với nhau ngay cả khi bị tách ra ở khoảng cách rất xa tính bằng năm ánh sáng. Chính hiệu ứng kỳ lạ và mạnh mẽ này là một trong những lý do khiến máy tính lượng tử có thể vượt trội hơn máy tính cổ điển trong nhiều tác vụ.
“Máy tính lượng tử được xây dựng dựa trên hiện tượng rối lượng tử, và giờ đây chính chúng cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu và hiểu về rối lượng tử,” Le Bin Ho, phó giáo sư tại Viện Nghiên cứu Liên ngành Tiên phong và Trường Kỹ thuật Sau đại học tại Đại học Tohoku, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.
Nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một phương pháp mới có tên chứng thực rối lượng tử biến phân (variational entanglement witness – VEW), sử dụng một thuật toán lượng tử để tối ưu hóa việc phát hiện rối lượng tử. Khác với các phương pháp truyền thống vốn thường thất bại trong việc nhận diện tất cả các trạng thái rối lượng tử, VEW giúp nâng cao độ chính xác trong phát hiện và phân biệt tốt hơn giữa các trạng thái có rối lượng tử và không có rối lượng tử.
Tuy nhiên, phát hiện rối lượng tử chỉ là một phần của thách thức…
Mặc dù khoảng cách hàng năm ánh sáng giữa hai hạt bị rối lượng tử cũng không thể ngăn chúng tương tác, nhưng chính hiện tượng này lại rất mong manh.
“Trong nhiều trường hợp, các phương pháp phát hiện truyền thống dựa trên đo lường cục bộ có thể vô tình phá hủy rối lượng tử,” Le cho biết.
Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu đề xuất một khung đo lường phi cục bộ, cho phép đánh giá đặc tính rối lượng tử mà không làm sụp đổ chức năng sóng lượng tử.
Bảo toàn rối lượng tử để thúc đẩy công nghệ lượng tử
“Phương pháp của chúng tôi cung cấp một cách đáng tin cậy để phát hiện và bảo toàn rối lượng tử – yếu tố thiết yếu cho các ứng dụng như tính toán lượng tử, truyền thông và mật mã,” Le nhấn mạnh. “Dù các phương pháp dựa trên học máy thích ứng để phát hiện rối lượng tử đang ngày càng phổ biến, đây là thuật toán lượng tử đầu tiên có khả năng vừa phát hiện vừa bảo toàn rối lượng tử.”
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục cải tiến thuật toán nhằm nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong việc phát hiện rối lượng tử – những bước quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ lượng tử bền vững.
Ảnh minh họa về rối lượng tử. Một thuật toán lượng tử mới cho phép máy tính nghiên cứu và bảo toàn tình trạng rối lượng tử, yếu tố quan trọng tạo nên sức mạnh và tiềm năng của chúng.
