Trong các chip lượng tử, silicon đóng vai trò làm một chất bán dẫn với nhiệm vụ di chuyển các electron. Tuy nhiên, silicon vẫn còn nhiều hạn chế về vật lý trong quá trình hoạt động tại các chip này. Mới đây, các nhà khoa học Mỹ đã nghiên cứu và tìm ra một loại vật liệu có khả năng cải thiện những hạn chế về tương tác điện cực của chip lượng tử. Đó chính là graphene 3D dạng xoắn. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu xem các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ mới này như thế nào để nâng cao hiệu suất của chip lượng tử qua bài viết dưới đây.
Vật liệu graphene là gì?
Graphene từ lâu đã thu hút các nhà khoa học vật liệu. Được ca ngợi như một “siêu vật liệu”, graphene có thể tạo ra các tấm vật liệu rất mỏng, nhẹ. Hơn thế còn siêu bền và gần như trong suốt. Cụ thể, Graphene là một kiểu tấm cấu tạo từ các nguyên tử carbon. Các nguyên tử này liên kết với nhau theo kiểu hình lục giác tuần hoàn. Đây được coi là mảnh vật chất mỏng và bền nhất thế giới hiện nay. Độ bền đã từng được kiểm chứng là hơn thép tới 300 lần. Đồng thời, Graphene còn được công nhận là linh hoạt hơn rất nhiều so với silicon.
Graphene được đánh giá tốt hơn silicon, độ linh hoạt cao. Hơn thế nữa còn bền hơn thép và dẫn nhiệt tốt. Đây hiện đang được coi là loại chất liệu lý tưởng cho các thiết bị đeo trên người. Vì những đặc tính hiếm có như vậy mà loạt vật chất này có giá thành sản xuất rất đắt.
Ứng dụng trong nâng cao hiệu suất của chip lượng tử
Nhóm nghiên cứu Đại học Pennsylvania (Mỹ) đã phát triển thành công loại vật liệu graphene ba chiều nhằm cải thiện những hạn chế về vật lý của silicon trong các chip lượng tử.
Silicon được sử dụng làm chất bán dẫn, làm nhiệm vụ di chuyển electron trong các chip lượng tử. Tuy nhiên, khi thiết kế vật liệu này ở kích thước nhỏ vài nanomet, silicon làm hạn chế các điện cực trong các bước sóng. Nó khiến các đặc tính điện tử và quang học bị thay đổi. Hiện tượng này gọi là “kìm hãm lượng tử”.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng graphene để tìm cách cải thiện hạn chế này trong hạt electron. Cụ thể, giữa các lớp vật liệu graphene mỏng khoảng 0,5 nanomet xếp chồng lên nhau, nhóm sử dụng một chất nền hợp kim. Chất nền này để kiểm soát tính cộng hưởng giữa điện tử và quang học của cả hệ thống. Từ đó tăng khả năng trao đổi giữa các electron và nâng cao hiệu suất trong bộ chip.
TS Jurek Sadowski, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết, để tăng không gian tương tác, nhóm nghiên cứu xoắn tròn lớp graphene khoảng 30 độ. Nhờ vậy các điện tích dễ dàng di chuyển và tương tác. Đặc biệt, graphene hình lục giác có khả năng lấp đầy những lỗ hổng electron. Vì vậy dễ dàng chuyển đổi một lượng lớn điện tích của bộ chip trong thời gian ngắn.
Nhóm nghiên cứu dự định tập trung nghiên cứu sâu về tác động của cấu trúc graphene trong từng phân lớp đến các đặc tính điện tử và quang học của chip. Đồng thời dự định ra mắt sản phẩm lượng tử từ vật liệu graphene trong tương lai.
