PolyU phát triển thành công chip vi xử lý lượng tử để mô phỏng quang phổ phân tử

Ví dụ, khám phá quang phổ Vibronic phân tử là rất quan trọng trong việc tìm hiểu các tính chất phân tử trong thiết kế và phân tích phân tử.

Tuy nhiên, đây vẫn là một vấn đề khó khăn về mặt tính toán và không thể giải quyết một cách hiệu quả bằng siêu máy tính truyền thống. Các nhà nghiên cứu đang rất tích cực làm việc trên máy tính lượng tử và các thuật toán để mô phỏng quang phổ rung động phân tử. Song chúng lại bị giới hạn ở các cấu trúc phân tử đơn giản vì gặp khó khăn dp độ chính xác thấp và tiếng ồn vốn có.

Các nhà nghiên cứu kỹ thuật tại Đại học Bách khoa Hồng Kông (Hong Kong Polytechnic University – PolyU) đã phát triển thành công chip vi xử lý lượng tử để mô phỏng quang phổ phân tử của các phân tử phức tạp và có cấu trúc lớn thực tế. Đây là thành tựu đầu tiên trên thế giới. Việc nắm bắt chính xác các hiệu ứng lượng tử này đòi hỏi các mô phỏng được phát triển tỉ mỉ giải thích cho sự chồng chất và vướng víu lượng tử, vốn đòi hỏi tính toán chuyên sâu để lập mô hình theo kiểu cổ điển.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, trong một bài báo có tiêu đề "Mạng quang tử quy mô lớn với trạng thái chân không nén dành cho quang phổ rung động phân tử”. Công nghệ tiên tiến này mở đường cho việc giải quyết các vấn đề hóa học lượng tử phức tạp, bao gồm các ứng dụng tính toán lượng tử vượt quá khả năng của máy tính cổ điển.

Nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Giáo sư LIU Ai-Qun, Chủ tịch Khoa học và Kỹ thuật Lượng tử, đồng thời là Giám đốc Viện Công nghệ Lượng tử (Institute for Quantum Technology – IQT), đồng thời là Học giả STEM Toàn cầu, cùng với người điều hành chính của dự án là Tiến sĩ ZHU Hui Hui, Nghiên cứu viên sau tiến sĩ của Khoa Kỹ thuật điện và Điện tử của PolyU và là tác giả đầu tiên của bài nghiên cứu. Các cộng tác viên khác đến từ Đại học Công nghệ Nanyang, Đại học Thành phố Hồng Kông, Viện Công nghệ Bắc Kinh, Đại học Khoa học và Công nghệ Southern (miền Nam), Viện Vi điện tử và Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển.

Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ ZHU Hui Hui đã trình diễn thực nghiệm một con chip vi xử lý lượng tử quy mô lớn và giới thiệu một mô hình lý thuyết không tầm thường sử dụng mạng quang tử tuyến tính và nén các nguồn ánh sáng lượng tử chân không để mô phỏng quang phổ Vibronic phân tử. Chip vi xử lý lượng tử 16 qubit được chế tạo và tích hợp thành một con chip duy nhất. Một hệ thống hoàn chỉnh đã được phát triển, bao gồm tích hợp phần cứng bao bì quang-điện-nhiệt cho chip vi xử lý quang tử lượng tử và mô-đun điều khiển điện, phát triển phần mềm cho trình điều khiển thiết bị, giao diện người dùng và các thuật toán lượng tử cơ bản hoàn toàn có thể lập trình được. Hệ thống máy tính lượng tử được phát triển sẽ cung cấp nền tảng cơ bản cho các ứng dụng tiếp theo.

Bộ vi xử lý lượng tử có thể được áp dụng để giải quyết các nhiệm vụ phức tạp, chẳng hạn như mô phỏng cấu trúc protein lớn hoặc tối ưu hóa các phản ứng phân tử với tốc độ và độ chính xác được cải thiện đáng kể. Tiến sĩ ZHU Hui Hui cho biết: “Phương pháp tiếp cận của chúng tôi có thể mang lại một lớp mô phỏng phân tử thực tế ban đầu hoạt động vượt quá giới hạn cổ điển và hứa hẹn đạt được tốc độ tăng tốc lượng tử trong các ứng dụng hóa học lượng tử có liên quan”.

Công nghệ lượng tử rất quan trọng trong các lĩnh vực khoa học, bao gồm khoa học vật liệu, hóa học và vật lý vật chất ngưng tụ. Là một nền tảng phần cứng hấp dẫn, chip vi xử lý lượng tử mang đến một giải pháp thay thế công nghệ đầy hứa hẹn cho việc xử lý thông tin lượng tử.

Các phát hiện từ nghiên cứu và kết quả là chip vi xử lý lượng tử tích hợp đã mở ra những con đường mới quan trọng cho nhiều ứng dụng thực tế. Những ứng dụng này bao gồm giải quyết các vấn đề về lắp ghép phân tử và tận dụng các kỹ thuật học máy lượng tử như phân loại đồ thị.

Giáo sư LIU Ai-Qun cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi được lấy cảm hứng từ tác động tiềm tàng trong thế giới thực của các công nghệ mô phỏng lượng tử. Trong giai đoạn tiếp theo của công việc, chúng tôi đặt mục tiêu mở rộng quy mô bộ vi xử lý và giải quyết các ứng dụng phức tạp hơn có thể mang lại lợi ích cho xã hội và ngành”.

Nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một bước phát triển mang tính đột phá trong công nghệ lượng tử, có thể được coi là “nhân tố làm thay đổi cuộc chơi”. Họ đã giải quyết thành công nhiệm vụ mô phỏng quang phổ phân tử đầy thách thức bằng cách sử dụng bộ vi xử lý điện toán lượng tử. Nghiên cứu của họ đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong công nghệ lượng tử và các ứng dụng điện toán lượng tử tiềm năng của nó.

Các nhà nghiên cứu đã giải quyết thành công nhiệm vụ mô phỏng quang phổ phân tử đầy thách thức bằng cách sử dụng bộ vi xử lý điện toán lượng tử. Nghiên cứu của họ đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong công nghệ lượng tử và các ứng dụng điện toán lượng tử tiềm năng của nó.

Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) phát triển cảm biến phát hiện COVID-19 siêu nhạy, nhanh với chi phí thấp Khi đại dịch COVID-19 bùng phát trong hơn hai năm qua, một phương pháp phát hiện kháng thể nhanh chóng và chính xác có thể giúp đánh giá hàm lượng kháng thể trong cơ thể người, cũng như cung cấp dữ liệu tham khảo cho các sở y tế để đưa ra các biện pháp tiêm chủng thích hợp. Về lâu dài, dữ liệu về hàm lượng kháng thể cũng có thể đóng góp vào các nghiên cứu dịch tễ học và phát triển vaccine.

Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) và HKIAA hợp tác để đào tạo tài năng, thực hiện các dự án về hàng không Đại học Bách khoa Hồng Kông (Hong Kong Polytechnic University – PolyU) và Học viện Hàng không Quốc tế Hồng Kông (The Hong Kong International Aviation Academy – HKIAA) đã ký kết biên bản ghi nhớ (MoU) có hiệu lực 2 năm, với mục đích đóng góp cho ngành hàng không địa phương bằng cách cùng nhau chung sức ươm mầm tài năng và thực hiện các dự án nghiên cứu liên quan đến hàng không.