Các nhà khoa học Nhật Bản vừa chế tạo thành công linh kiện lượng tử mới giúp tăng tốc độ xử lý của chip lên 1.000 lần nhưng không gây nóng máy. Công nghệ này hứa hẹn mang đến những chiếc laptop siêu tiết kiệm pin, có thể hoạt động liên tục trong 3 tháng chỉ với một lần sạc.
Bước đột phá từ Đại học Tokyo
Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Science, các nhà khoa học tại Đại học Tokyo đã phát minh ra loại chuyển mạch lượng tử không bay hơi. Linh kiện mới này có khả năng đẩy tốc độ xử lý của vi mạch lên gấp 1.000 lần so với chip silicon truyền thống, đồng thời không sinh nhiệt trong suốt quá trình vận hành.
Nguyên lý hoạt động
Thay vì dùng dòng điện liên tục để xử lý dữ liệu như chip silicon thông thường, linh kiện mới tận dụng tính chất từ tính (spin) của electron để lưu trữ thông tin. Cụ thể, linh kiện gồm hai lớp vật liệu chính là Tantalum và Mangansin. Khi dòng điện chạy qua lớp Tantalum, hệ thống sẽ lưu thông tin vào lớp Mangansin dưới dạng các hướng nam châm cực nhỏ. Nhờ đó, dữ liệu được giữ lại mà không cần nguồn điện liên tục, giúp tiết kiệm năng lượng tới 100 lần so với chip hiện tại.
Hiệu suất vượt trội
Trong phòng thí nghiệm, linh kiện mới đạt tốc độ xử lý chỉ 40 picoseconds (chưa đầy một phần tỷ giây), nhanh gấp 1.000 lần chip silicon thông thường. Thiết bị cũng rất bền, hoạt động ổn định sau hơn 100 tỷ lần thử nghiệm. Đặc biệt, linh kiện càng thu nhỏ thì máy chạy càng nhanh và mượt.
Ứng dụng thực tế
Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, một trung tâm dữ liệu khổng lồ như của Google hiện tiêu thụ điện đủ cung cấp cho 80.000 hộ dân, nhưng trong tương lai chỉ cần lượng điện của 800 nhà. Tương tự, một chiếc MacBook Pro có thể hoạt động trong 3 tháng chỉ với một lần sạc. Những tệp dữ liệu lớn cần 1 giờ xử lý hiện tại sẽ được giải quyết chỉ trong 1 giây.
Thách thức thương mại hóa
Tuy nhiên, việc đưa công nghệ này từ phòng thí nghiệm ra thị trường còn nhiều thách thức. Nhóm nghiên cứu cho biết, chế tạo một linh kiện đơn lẻ khác xa với sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Dự kiến, chip nguyên mẫu đầu tiên sẽ xuất hiện vào năm 2030, và người tiêu dùng phải chờ thêm vài năm nữa để sở hữu thiết bị thương mại.
