Bài học rút ra chính
- Kim cương một ngày nào đó có thể được sử dụng để lưu trữ lượng lớn thông tin.
- Các nhà nghiên cứu đang cố gắng sử dụng các hiệu ứng kỳ lạ của cơ học lượng tử để nắm giữ thông tin.
- Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng đừng mong sớm có ổ cứng lượng tử trong PC của bạn.
Kim cương có thể là chìa khóa để lưu trữ lượng lớn dữ liệu.
Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã tạo ra một viên kim cương nhẹ và tinh khiết để sử dụng trong tính toán lượng tử với một động thái có thể dẫn đến các loại ổ cứng mới. Đó là một phần của nỗ lực không ngừng nhằm sử dụng các hiệu ứng kỳ lạ của cơ học lượng tử để lưu giữ thông tin.
"Không giống như các máy tính cổ điển của chúng tôi hoạt động trên các chữ số nhị phân (hoặc 'bit'), tức là 0 và 1, máy tính lượng tử sử dụng 'qubit' có thể ở dạng kết hợp tuyến tính của hai trạng thái," David Bader, một giáo sư khoa học máy tính tại Viện Công nghệ New Jersey, người nghiên cứu bộ nhớ lượng tử, nói với Lifewire trong một cuộc phỏng vấn qua email. "Lưu trữ qubit khó hơn lưu trữ các bit cổ điển vì không thể nhân bản các qubit, dễ xảy ra lỗi và có thời gian tồn tại ngắn ngủi chỉ trong một phần giây".
Ký ức lượng tử
Các nhà nghiên cứu từ lâu đã đưa ra giả thuyết rằng kim cương có thể được sử dụng như một phương tiện lưu trữ lượng tử. Các cấu trúc tinh thể có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu dưới dạng qubit nếu chúng có thể được tạo ra gần như không chứa nitơ. Tuy nhiên, quá trình sản xuất rất phức tạp và cho đến nay, những viên kim cương được tạo ra còn quá nhỏ cho các mục đích thực tế.
Adamant Namiki Precision Jewelry Company và các nhà nghiên cứu từ Đại học Saga tuyên bố đã phát triển một quy trình sản xuất mới có thể tạo ra những tấm kim cương có kích thước 2 inch và đủ tinh khiết cho các ứng dụng thực tế."Về mặt lý thuyết, một tấm wafer kim cương 2 inch cho phép bộ nhớ lượng tử đủ để ghi 1 tỷ đĩa Blu-ray", công ty viết trong thông cáo báo chí. "Con số này tương đương với tất cả dữ liệu di động được phân phối trên thế giới trong một ngày."
Bader cho biết cách tiếp cận bộ nhớ kim cương này dựa vào việc lưu trữ qubit như một spin hạt nhân. Ông nói thêm: “Ví dụ, các nhà vật lý đã chứng minh được việc lưu trữ một qubit trong spin của một nguyên tử nitơ được nhúng trong một viên kim cương.
Nghiên cứu đầy hứa hẹn
Kim cương chỉ là một cách mà máy tính lượng tử có thể lưu trữ dữ liệu. Bader cho biết, các nhà khoa học đang theo đuổi hai hướng xây dựng ký ức lượng tử, một hướng sử dụng sự truyền ánh sáng và hướng kia sử dụng vật liệu vật lý.
"Qubit có thể được biểu thị bằng biên độ và pha của ánh sáng," Bader nói thêm. "Ánh sáng cũng được sử dụng trong bộ nhớ dội âm gradient của máy tính lượng tử, nơi các trạng thái của ánh sáng được ánh xạ vào sự kích thích của các đám mây nguyên tử và ánh sáng có thể 'không bị hấp thụ' sau đó. Tuy nhiên, thật không may, không thể đo được cả biên độ và pha mà không có sự can thiệp của ánh sáng. Vì vậy, chúng ta có thể nghĩ về ánh sáng như một cách để vận chuyển qubit giống như một mạng máy tính cổ điển."
Những vật liệu kỳ lạ hơn cả kim cương đang được xem xét. Đầu năm nay, các nhà khoa học đã sử dụng một qubit được tạo ra từ một ion của nguyên tố đất hiếm, ytterbium, cũng được sử dụng trong laser và nhúng ion này vào một tinh thể trong suốt của yttrium orthovanadate. Bader nói: “Các trạng thái lượng tử sau đó được điều khiển bằng cách sử dụng các trường quang học và vi sóng.
Bộ nhớ lượng tử có thể tránh được các vấn đề trong việc sản xuất ổ cứng đủ lớn. Bader chỉ ra rằng các hệ thống lưu trữ máy tính cổ điển thuộc loại trong PC phát triển tuyến tính về lượng thông tin được lưu trữ theo các bit cổ điển. Ví dụ: nếu bạn tăng gấp đôi ổ cứng của mình từ 512GB lên 1TB, bạn đã tăng gấp đôi lượng thông tin có thể lưu trữ.
Qubit là "hiện tượng" để lưu trữ thông tin và số lượng thông tin được biểu diễn tăng theo cấp số nhân về số lượng qubit. "Ví dụ, chỉ cần thêm một qubit nữa vào hệ thống sẽ tăng gấp đôi số trạng thái", Bader nói.
Vasili Perebeinos, giáo sư tại Đại học Bang New York Buffalo, người nghiên cứu về bộ nhớ lượng tử, nói với Lifewire trong một cuộc phỏng vấn qua email rằng các nhà nghiên cứu đang cố gắng xác định các vật liệu trạng thái rắn có thể hữu ích cho việc lưu trữ dữ liệu lượng tử.
Lưu trữ qubit khó hơn lưu trữ các bit cổ điển vì không thể sao chép các qubit, dễ xảy ra lỗi và có thời gian tồn tại ngắn ngủi chỉ trong một phần giây.
"Ưu điểm của bộ nhớ lượng tử trạng thái rắn là khả năng thu nhỏ và mở rộng quy mô các thành phần thiết bị mạng lượng tử", Perebeinos nói.
Tuy nhiên, đừng mong sớm có ổ cứng lượng tử trong PC của bạn. Bader nói rằng "sẽ mất nhiều năm, và thậm chí có thể là nhiều thập kỷ, để xây dựng các máy tính lượng tử đủ lớn với số lượng qubit đủ để giải quyết các ứng dụng trong thế giới thực."
