Đột phá vật liệu siêu sạch cho máy tính lượng tử
Một trong những trở ngại lớn nhất của máy tính lượng tử hiện nay là nhiễu từ trường do các nguyên tử bên trong chip gây ra. Các đồng vị tự nhiên như silicon-29 hay germanium-73 sở hữu mô-men động lượng hạt nhân, liên tục phát ra biến thiên từ trường làm nhiễu các qubit (quantum bit). Sự can thiệp này khiến các qubit mỏng manh nhanh chóng bị mất trạng thái lượng tử và thất thoát thông tin. Mới đây, các nhà khoa học thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) tại hai phòng thí nghiệm ORNL và PNNL đã sản xuất thành công silicon và germanium siêu sạch. Tỷ lệ đồng vị gây nhiễu trong vật liệu mới được hạ xuống dưới 1 phần triệu, sạch hơn gấp 100 lần so với các sản phẩm thương mại hiện nay.
Công nghệ tách đồng vị đạt độ tinh khiết kỷ lục
Đặc biệt, dòng silicon-28 thu được đã đạt mốc độ tinh khiết kỷ lục lên tới 99,9999%. Để đạt được thành tựu này, ORNL đã sử dụng công nghệ tách đồng vị bằng điện từ (Electromagnetic Isotope Separation - EMIS) nâng cấp nhằm loại bỏ gần như toàn bộ tạp chất gây nhiễu. Tiếp đó, PNNL tiếp quản công đoạn chuyển đổi hóa học phức tạp để biến các đồng vị thành khí tiền chất silane và germane siêu tinh khiết. Quy trình này kết hợp hệ thống kiểm soát tự động giúp ngăn chặn triệt để nguy cơ tái ô nhiễm đồng vị.
Tác động đến chuỗi cung ứng và tương lai lượng tử
Thành công này không chỉ cải thiện thời gian duy trì trạng thái lượng tử cho các qubit mà còn giúp khôi phục năng lực sản xuất vật liệu đã mất của Mỹ từ năm 1998. Sự kết hợp giữa ORNL và PNNL tạo ra chuỗi cung ứng nội địa hoàn chỉnh cho các vật liệu cấp độ bán dẫn. Phương pháp này cũng mở ra khả năng sản xuất nhiều đồng vị quan trọng khác cho các kiến trúc máy tính lượng tử. Dù vậy, Bộ Năng lượng Mỹ nhận định đây chưa thể giải quyết triệt để mọi thách thức của máy tính lượng tử trong một sớm một chiều. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung chứng minh hiệu quả thực tế trên thiết bị thương mại và mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp. Việc tối ưu quy trình chế tạo sẽ tiếp tục củng cố chuỗi cung ứng bán dẫn và công nghệ lượng tử trong tương lai.
Theo Interesting Engineering, bước tiến này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong việc khắc phục nhiễu từ trường – một trong những rào cản lớn nhất đối với máy tính lượng tử. Với vật liệu siêu sạch, các nhà khoa học hy vọng sẽ kéo dài thời gian hoạt động của qubit, đưa công nghệ này gần hơn đến ứng dụng thực tế.
