Tóm tắt nội dung

• Nhà nghiên cứu Kai Voges của Leibniz University Hannover đã thành lập một nhóm nghiên cứu tập trung vào các hệ thống lượng tử lai kết hợp các phân tử với các nguyên tử Rydberg.
• Dự án HybriQCS trị giá 5.8 triệu Euro, kéo dài 5 năm nhằm mục đích trình diễn các hoạt động cổng lượng tử bằng cách sử dụng cả hệ thống phân tử và nguyên tử Rydberg.
• Nhóm sẽ làm việc trong khuôn khổ Quantum Valley Lower Saxony và QuantumFrontiers Cluster of Excellence đồng thời khám phá các ứng dụng trong tính toán lượng tử, mô phỏng và định thời chính xác.

THÔNG CÁO BÁO CHÍ — Khi cộng đồng khoa học thảo luận về máy tính lượng tử, câu hỏi về hệ thống cơ sở thường là vấn đề gây chia rẽ. Bẫy ion, nguyên tử Rydberg, hay có lẽ là các mạch siêu dẫn? Tại Leibniz University Hannover, Tiến sĩ Kai Voges đã thành lập một nhóm nghiên cứu mới định vị mình giữa các phe phái này và đặt mục tiêu kết hợp các điểm mạnh của các phương pháp tiếp cận khác nhau này một cách không dè dặt. Nằm tại trung tâm của Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) và xây dựng trên nền tảng nghiên cứu cơ bản của QuantumFrontiers Cluster of Excellence, nhóm nghiên cứu đang phát triển các hệ thống lượng tử lai. Với khoản tài trợ 5.8 triệu Euro từ Federal Ministry of Research, Technology and Space, mục tiêu là đạt được các hoạt động cổng đầu tiên của một công nghệ độc đáo trong vòng 5 năm và hướng cuộc tranh luận hiện nay về tính toán lượng tử theo những hướng mới.

Khi Phân tử gặp Nguyên tử

Trọng tâm của ý tưởng là các phân tử siêu lạnh và các nguyên tử riêng lẻ. Kai Voges đã tích lũy được chuyên môn cần thiết cho việc này trong suốt sự nghiệp khoa học của mình cho đến nay. Khi còn là sinh viên tiến sĩ tại Institute for Quantum Optics ở Hanover – trung tâm hàng đầu về vật lý phân tử trong lịch sử – ông đã lắp ráp các phân tử từ các nguyên tử lạnh riêng lẻ. Sau đó, ông đã mở rộng lĩnh vực chuyên môn của mình tại Imperial College London, nơi ông làm lạnh toàn bộ các phân tử xuống chỉ còn vài độ Kelvin. Với tư cách là người đứng đầu nhóm nghiên cứu của riêng mình, các phân tử vẫn là trọng tâm trong công việc của Voges: chúng được dự định trở thành các qubit của máy tính lượng tử trong tương lai. Tuy nhiên, ông không chỉ mang lại kinh nghiệm mới mà còn mang đến một hệ thống bổ sung mới cho ngôi trường cũ của mình: các nguyên tử Rydberg.

Kai Voges: “Mục tiêu của tôi là có thể tận dụng bổ trợ các thế mạnh tương ứng của phân tử và nguyên tử Rydberg. Với vai trò là qubit, các phân tử có thời gian kết hợp dài, nghĩa là chúng có thể lưu trữ thông tin lượng tử trong vài giây hoặc thậm chí vài phút. Do đó, một máy tính lượng tử được cấu thành từ các phân tử, dựa trên trình độ kỹ thuật hiện tại, sẽ lưu trữ thông tin tốt nhưng tính toán chậm, vì các phân tử tương tác rất ít với nhau. Mặt khác, các nguyên tử Rydberg cực kỳ nhanh và linh hoạt khi truyền thông tin, nhưng hiện tại lại quá không ổn định để đóng vai trò là phần cứng duy nhất cho máy tính lượng tử. Do đó, chúng tôi đặt mục tiêu kết hợp sự ổn định của các phân tử với tốc độ của các nguyên tử Rydberg.”

Mục tiêu công nghệ: Hoạt động cổng; ứng dụng khoa học: Vô số

Với nguồn tài trợ từ chương trình Quantum Futur của Bộ Nghiên cứu Liên bang, Kai Voges đang thành lập một nhóm nghiên cứu với mục tiêu hiện thực hóa các hoạt động cổng máy tính lượng tử đầu tiên sử dụng các phân tử và nguyên tử Rydberg. Tùy thuộc vào mức độ trưởng thành của công nghệ, các nhà nghiên cứu cũng đang xem xét việc thành lập một công ty khởi nghiệp (spin-off). Tuy nhiên, ngoài việc triển khai khái niệm của riêng mình, các hoạt động hợp tác với các nhóm khác trong Quantum Valley Lower Saxony và QuantumFrontiers Cluster of Excellence cũng nằm trong chương trình nghị sự. Như vậy, với tư cách là một hệ thống mới, các nguyên tử Rydberg không chỉ mở rộng phạm vi của Institute of Quantum Optics mà còn tạo ra những sự cộng hưởng mới.

Kai Voges: “Tôi đặc biệt mong muốn thiết lập các quan hệ hợp tác mới, đặc biệt là liên quan đến lý thuyết về các cổng lượng tử mới. Sẽ rất thú vị khi xây dựng cầu nối với các nhóm bẫy ion mạnh tại Leibniz University và Physikalisch-Technische Bundesanstalt. Điều này vượt xa việc chế tạo máy tính lượng tử. Người ta cũng có thể hình dung ra một chiếc đồng hồ kép, trong đó các phân tử và các nguyên tử đơn lẻ đóng góp thế mạnh tương ứng của chúng. Đơn giản bằng cách tận dụng các bước chuyển đổi xung nhịp khác nhau của các hệ thống, các nguồn nhiễu tương ứng có thể được triệt tiêu, từ đó tạo ra tín hiệu có độ nhiễu thấp.”

Tổng quan Dự án

Dự án ‘Hybrid Systems for Quantum Computing and Simulation (HybriQCS)’, do Kai Voges dẫn đầu, đã thành công trong vòng thứ ba của cuộc thi Quantum Futur dành cho các nhà nghiên cứu trẻ do Federal Ministry of Research, Technology and Space tổ chức. Khoản tài trợ định hướng ứng dụng, tổng cộng 5.8 triệu euro, bắt đầu vào ngày 1 tháng 3 năm 2026 và sẽ kéo dài trong 5 năm cho đến ngày 28 tháng 2 năm 2031.