Nếu năng lượng điện không bị suy giảm trong quá trình truyền tải thì sẽ ra sao?

Nếu một chiếc máy tính có tốc độ xử lý theo cấp số nhân và độ chính xác hoàn hảo thì sẽ thế nào?

Về câu hỏi này, Giáo sư Duncan Haldane đã đưa ra một câu trả lời chuẩn mực. Và vào mùa thu năm 2016, vị vật lý Học Gia này cùng với hai đồng nghiệp khác đã được trao Giải Nobel Vật lý cho “phát hiện về các biến đổi pha topo của vật chất”.

Nói một cách đơn giản, thông qua những thí nghiệm nghiêm ngặt, họ đã phát hiện ra rằng ngay cả những vật chất vi mô nhỏ nhất cũng có thể thể hiện những tính chất vật lý ở cấp độ vĩ mô và sở hữu các biến đổi pha topo.

Điều này có vẻ hơi khó hiểu, nhưng để hiểu rõ, chúng ta cần phải nắm vững khái niệm topo.

Như mọi người đều biết, cách nhà toán học tiếp cận vấn đề thường khác với người bình thường; họ thường có xu hướng nhìn thấy bản chất thực sự của vấn đề qua những biểu hiện bên ngoài. Và topo chính là một lĩnh vực nghiên cứu về những tính chất của các hình dạng hình học hay không gian vẫn giữ nguyên sau khi chúng thay đổi hình dạng một cách liên tục.

Một ví dụ klasik là đối với một nhà topo học, một chiếc donut và một chiếc cốc cà phê trông giống nhau, bởi vì cả hai đều có một lỗ.

Chỉ vì chỉ có một lỗ, bạn có thể biến đổi chiếc donut thành một chiếc cốc cà phê một cách liên tục và ngược lại… Mặc dù điều này có vẻ khó hiểu đối với người bình thường, nhưng thực tế, nhờ vào phương pháp toán học này, các nhà khoa học ở nhiều lĩnh vực khác cũng đã tìm ra nhiều điều thú vị.

Đặc biệt là trong lĩnh vực vật lý và vật liệu, nhiều phát hiện đáng kinh ngạc trong những năm 80 đều xuất phát từ các phương pháp của topo học, mang lại nền tảng lý thuyết vững chắc.

Tuy nhiên, cho đến nay, mặc dù mọi người đã quen với việc áp dụng topo học để giải quyết các vấn đề trong thế giới vĩ mô, nhưng họ vẫn chưa biết liệu topo học có thể được áp dụng cho các hạt vật chất vi mô như electron hay photon hay không.

Bởi vì chúng đều chịu ảnh hưởng bởi những quy luật kỳ lạ của vật lý lượng tử, khiến cho kích thước, vị trí, thậm chí hình dạng của chúng đều ở trạng thái không chắc chắn.

Tuy nhiên, Giải Nobel Vật lý năm 2016 đã đưa ra một câu trả lời tích cực cho câu hỏi này: Ngay cả những hạt vi mô như electron và photon cũng tuân theo các đặc tính của topo học!

Lý thuyết này có lẽ không ảnh hưởng gì đến cuộc sống hàng ngày, nhưng đối với lĩnh vực kỹ thuật điện tử, nó thực sự đã mở ra những cánh cửa mới.

Trong thế giới kỳ diệu của vật lý lượng tử, những tính ch

Đặc biệt là tính chất này được phát hiện trong vật liệu graphene, đã trực tiếp dẫn đến sự ra đời của vật liệu siêu dẫn SG-1 và các chip dựa trên carbon.

Đồng thời, tính chất này cũng thúc đẩy nghiên cứu về máy tính lượng tử.

Theo nguyên lý hoạt động của máy tính lượng tử, nó chủ yếu sử dụng đặc tính của các hạt vật chất có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái khác nhau để lưu trữ thông tin trong thứ gọi là qubit. Chính nhờ đặc tính này mà máy tính lượng tử so với máy tính truyền thống có thể giải quyết vấn đề với tốc độ tăng theo cấp số nhân.

Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chỗ các hạt vật chất được sử dụng để lưu trữ dữ liệu rất mong manh; không giống như các nguyên tử ổn định, ngay cả những xáo trộn nhỏ cũng có thể làm thay đổi trạng thái của chúng.

Đây chính là hiện tượng được gọi trong cơ học lượng tử là “suy biến tương tác” – bất kỳ tác động từ môi trường nào cũng có thể khiến trạng thái entanglement của các qubit bị phá vỡ!

Để giải quyết vấn đề này, người ta buộc phải giảm nhiễu, chống can thiệp, hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên. Dù áp dụng công nghệ nào đi nữa, điều kiện tiên quyết là phải làm cho các hạt vật chất đó trở nên ổn định.

Và đây cũng chính là một trong những thách thức cốt lõi trong việc nghiên cứu và phát triển máy tính lượng tử.

Đồng thời, đây cũng là chủ đề mà Lục Chu đang nghiên cứu trong những ngày gần đây…

Phòng thí nghiệm ở tầng ba dưới lòng đất của Cao đẳng nghiên cứu viện Kim Lăng.

Căn phòng vốn được dùng làm phòng lưu trữ mẫu vật dự phòng, bây giờ đã được lấp đầy bởi hàng loạt thiết bị mới được mua vào. Trong số đó có hệ thống đo đạc đa năng về tính chất vật lý, thiết bị đo gia tốc, máy đo từ trường cho mẫu vật rung động, thiết bị kiểm tra điện trở từ ở nhiệt độ cao và thấp, cũng như máy sấy đông lạnh in 3D với độ chính xác lên đến 8 micromet… Mặc dù không được coi là hiện đại nhất,

nhưng cũng có thể nói là đầy đủ các thiết bị cần thiết. Ngoài những thiết bị này, còn có một chiếc máy in 3D sử dụng phương pháp đóng rắn bằng ánh sáng với độ chính xác lên đến 8 micromet, chủ yếu được dùng để in các khuôn mẫu nhựa cần thiết cho các thí nghiệm.

Lục Chu cẩn thận đặt một tấm màng mỏng cỡ ngón tay cái vào thiết bị phun phủ nguyên tử bằng điều khiển từ, sau đó so sánh dữ liệu trên bảng thí nghiệm và thiết lập các thông số thí nghiệm mới trên máy tính.

Sau khi hoàn thành tất cả các bước này, anh cuối cùng cũng thở phào nhẹ nhõm và nhấn phím Enter trên bàn phím.

Đèn báo màu xanh sá

Chính trong khoảnh khắc vừa rồi! Điều gì đó cực kỳ bất ngờ đã xảy ra! φ(≧ω≦*)?]

Ánh mắt Lục Chu hướng về phía chiếc tivi nhỏ cách mặt khoảng nửa mét, anh nhẹ nhàng nhấc mí lên và nói:

“Cậu đã được nâng cấp à?”

Tiểu Ái: [Eh? Cậu đã biết rồi sao?! Σ(°△°)︴]

Lục Chu: “……”

Rốt cuộc thì thằng này có được nâng cấp hay là giảm cấp đây…

Anh thở dài trong lòng, không quan tâm đến điều đó nữa, liền nhắm mắt bước vào không gian hệ thống.

Là một nhánh của nhiệm vụ hệ thống, trải nghiệm về trí tuệ nhân tạo và thông tin học của Tiểu Ái được tích lũy đồng thời. Ngay khi cấp độ của Tiểu Ái tăng lên LV4, cấp độ thông tin học của nó cũng từ LV4 lên LV5.

Và vào khoảnh khắc được nâng cấp, ngay cả khi không bước vào không gian hệ thống, người ta vẫn có thể thấy thông báo xuất hiện trên màn hình…

[……]

[G. Thông tin học: LV5(0/300.000)]

Sau khi kiểm tra lại các thuộc tính, Lục Chu suy nghĩ một hồi rồi vuốt ve cằm mình.

Quả nhiên, như anh đã đoán, việc quan sát các hành động của người chơi trong thế giới thực tế ảo có thể giúp tăng tốc quá trình tích lũy tiến độ. Nói cách khác, trải nghiệm mà nhánh trí tuệ nhân tạo cần thực chất là loại trải nghiệm mang tính xã hội học?

Tuy nhiên, lúc này Lục Chu không còn quá quan tâm đến Tiểu Ái nữa. Sau khi kiểm tra lại bảng thuộc tính và thanh tiến độ của nhánh công nghệ, anh liền chuyển ý thức trở lại thế giới thực.

Mở mắt ra, anh thấy chiếc tivi nhỏ đang quay liên tục về phía bốn cánh quạt, đứng ngay trước mặt mình.

Tiểu Ái: [Chủ nhân ơi, chủ nhân không khen ngợi Tiểu Ái một chút sao?(*/ω＼*)]

Lục Chu: “Ừm, làm tốt lắm.”

Tiểu Ái: [Thật là qua loa! QAQ]

“……Có vẻ như thời gian đã đến rồi.”

Giả vờ không thấy thông báo trên tivi, Lục Chu nhìn xuống đồng hồ và thì thầm một mình.

Dường như như thế là đúng, ánh đèn trên thiết bị phía xa đã chuyển từ màu xanh sang màu đỏ.

Nhận thấy điều này, Lục Chu lập tức ra lệnh:

“Tiểu Ái, hãy bật máy đông lạnh tại chỗ.”

Tiểu Ái: [Đã nhận được! (○`3′○)]

Mặc dù rất không muốn, nhưng Tiểu Ái vẫn tuân lệnh làm theo.

Chỉ là không biết liệu đó có phải là ảo giác của anh không, nhưng cảm giác như phản ứng của thằng nhóc này ngày càng trở nên cảm xúc hơn… Hay nói cách khác, nó ngày càng giống con người hơn?

Lục Chu cũng không thể chắc liệu điều này có phải là điều tốt hay không.

Xét cho cùng, cách mà trí tuệ nhân tạo xử lý thông tin hoàn toàn khác biệt so với bộ não con người – một bên dựa vào logic để quyết định cảm xúc, trong khi bên kia lại để cảm xúc chi phối logic.

Có lẽ sự tồn tại của nó sẽ tạo ra một loài mới trên thế giới này?

Tất nhiên, bây giờ nói về điều này vẫn còn quá sớm.

Là “người giám hộ” của nó, Lục Chu chỉ có thể cố gắng làm tròn bổn phận của mình và tiến từng bước một.

Ít nhất, theo những gì đã thấy cho đến nay, “thiếu gia nhỏ” này khá ngoan ngoãn và vâng lời; nó đóng vai trò như một trợ lý nhỏ trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong công việc nghiên cứu, và luôn tuân thủ mọi mệnh lệnh của anh một cách tuyệt đối.

Có lẽ những lo lắng của anh cũng hơi thừa thãi rồi?

Với sự giúp đỡ của Tiểu Ái, Lục Chu đã di chuyển mẫu vật từ thiết bị phun phủ nguyên tử bằng phương pháp kiểm soát từ sang máy sấy đông lạnh in situ, tiến hành xử lý sấy đông cho mẫu chip carbon. Sau đó, anh sử dụng kính hiển vi quang học để quan sát kỹ lưỡng lớp màng mỏng này và ghi lại các dữ liệu thí nghiệm vào sổ tay.

Hiện tại, anh đã có hơn ba mươi nghìn điểm tích lũy. Theo giá trị được hệ thống đưa ra, để đổi lấy toàn bộ công nghệ máy tính lượng tử, anh cần đến mười hai mươi nghìn điểm.

Tuy nhiên, thực tế thì con số ước lượng này còn chứa khá nhiều yếu tố chưa được xem xét kỹ lưỡng.

Nếu phân tích từng vấn đề riêng lẻ, và chỉ tính những vấn đề chưa được giải quyết trên cơ sở những vấn đề đã được học giới giải đáp trước đó, lượng điểm cần tiêu tốn có thể giảm đi hơn năm lần!

Cho đến nay, anh đã sử dụng hai mươi nghìn điểm để vượt qua một số rào cản quan trọng trong nghiên cứu của mình. Phần điểm còn lại thì anh đã sử dụng để kết hợp kiến thức của mình về vật liệu carbon, vật liệu cách điện loại Mott, và fermion Majorana, cùng với việc tham khảo các nghiên cứu trước đó của các nhà khoa học, để tiến hành một số công việc mở rộng và phát triển thêm.

Chẳng hạn, việc phát triển các vật liệu carbon loại cách điện topo chứa fermion Majorana, hoặc việc lắp đặt thêm một lớp vật liệu siêu dẫn có độ rộng chỉ bằng một nguyên tử lên trên những vật liệu này mà vẫn không ảnh hưởng đến độ ổn định của fermion Majorana.

Trong loại vật liệu topo đặc biệt này, các hạt nguyên tử sẽ được bảo vệ khỏi những tác động nhỏ hoặc cục bộ. Nói cách khác, các qubit được tạo ra trong trạng thái topo này sẽ không bị thay đổi do những tác động nhỏ đó. Chúng vô cùng ổn định hơn so với các qubit thông thường, và giúp cho việc tính

Điều này cũng có thể coi là một minh chứng cho câu nói “kiến thức chính là sức mạnh”.

Cẩn thận hoàn thành bước cuối cùng của tất cả các thử nghiệm, Lục Chu đặt tấm graphene mỏng như cánh ve lên khuôn mẫu mạch điện đã được chuẩn bị trước đó.

Giống như đang ngắm nhìn một tác phẩm nghệ thuật hoàn hảo vậy, anh không khỏi nở nụ cười chân thành trên môi.

“Tất cả các chỉ số kiểm tra đều đáp ứng yêu cầu.”

“Vẻ ngoài cũng không thể chê vào đâu được, quả thực là hoàn hảo!”

“…Quả nhiên, fermion Majorana chính là lựa chọn lý tưởng nhất để chế tạo máy tính lượng tử!”

Điều còn lại, chính là xác minh liệu những nỗ lực trong suốt những ngày qua, cùng với hai vạn điểm số mà anh đã bỏ ra, có đáng giá hay không.

Nhấn nút cung cấp điện, trái tim Lục Chu gần như nhảy lên tận cổ họng.

Chỉ trong chốc lát thôi.

Ngay khi anh nhấn nút, chương trình đã được thiết lập sẵn bắt đầu thực hiện trên tấm graphene mỏng này. Các tín hiệu sau khi được xử lý bởi mạch logic được truyền đến màn hình, và rất nhanh sau đó, một dòng chữ rõ ràng xuất hiện trên màn hình:

Nhìn những ký tự đang nhấp nháy trên màn hình, Lục Chu vui mừng đến nỗi nắm chặt lòng bàn tay mình, gần như nhảy lên không trung vì hào hứng.

“Thành công rồi!”

Anh vô thức hét lên niềm vui ấy, nhưng hành động của mình khiến anh giật mình, vội vàng kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị.

Khi thấy chiếc chip dạng “lớp màng mỏng” này vẫn hoạt động ổn định, không hề bị ảnh hưởng bởi tiếng hét vượt quá 80 decibel của anh, Lục Chu cuối cùng cũng nở nụ cười thoải mái và yên tâm.

Có vẻ như lần này…

thực sự đã thành công!