Các nhà khoa học vừa thực hiện một bước tiến lớn trong nỗ lực tạo ra các máy tính lượng tử bền vững bằng cách phát triển một trạng thái vật chất kỹ thuật số hoàn toàn mới. Sử dụng một chip máy tính lượng tử chuyên dụng như một phòng thí nghiệm thu nhỏ, nhóm nghiên cứu do giáo sư Phan Kiến Vĩ (Pan Jianwei) dẫn đầu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã tạo ra và nghiên cứu một loại vật chất hiếm gặp được gọi là "các pha tô-pô không cân bằng bậc cao".
Loại vật chất kỹ thuật số này trở nên độc đáo nhờ các hành vi then chốt siêu ổn định và chỉ khu trú tại các góc của cấu trúc vật liệu. Tuy nhiên, sự ổn định này chỉ được duy trì khi vật liệu liên tục bị bắn phá bởi các xung năng lượng bên ngoài. Khám phá này có ý nghĩa quan trọng vì nó chứng minh rằng máy tính lượng tử có thể được sử dụng làm công cụ mô phỏng đáng tin cậy để tìm kiếm các dạng vật chất ổn định mới. Đây là yếu tố cần thiết để tạo ra những máy tính lượng tử có độ tin cậy cao, bởi các hành vi siêu ổn định ở góc chính là loại đặc tính "chống lỗi" cần thiết để xây dựng phần cứng lượng tử trong tương lai.
Trong bài báo công bố trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu mô tả việc sử dụng bộ xử lý lượng tử siêu dẫn Zuchongzhi 2.0 (Tổ Xung Chi 2.0) để xây dựng vật liệu tô-pô kỳ lạ này. Thuật ngữ "tô-pô" ám chỉ sự ổn định của vật liệu được đảm bảo bởi cấu trúc tổng thể chứ không phải chi tiết cục bộ. Trong khi các nghiên cứu trước đây thường nhắm vào tính ổn định dọc theo các cạnh của vật liệu, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã đạt đến pha "bậc cao", nơi sự ổn định được giới hạn và bảo vệ chặt chẽ ở các góc. Điều này giúp các trạng thái lượng tử có khả năng chống nhiễu tốt hơn nhiều so với trước đây.
Để thực hiện điều này, các nhà khoa học đã lập trình một lưới các bit lượng tử (qubit) để mô phỏng cấu trúc vật liệu, sau đó chạy một tập hợp lệnh phức tạp hơn 50 lần để tạo ra xung năng lượng cần thiết. Do công cụ truyền thống không thể đo lường vật chất lượng tử đang chuyển động, họ đã phát triển kỹ thuật mới để theo dõi sự thay đổi của qubit theo thời gian. Kết quả phân tích đã xác nhận sự tồn tại của các chế độ góc siêu ổn định, vốn chỉ xuất hiện khi vật liệu đang dao động dưới tác động của ngoại lực.
Dự án thành công này mới chỉ là sự khởi đầu. Các nhà nghiên cứu tin rằng việc chứng minh khả năng mô phỏng của máy tính lượng tử có thể mở đường cho những khám phá lượng tử mới.
