Nếu điện năng không bị suy giảm trong quá trình truyền tải thì sẽ thế nào?

Nếu một chiếc máy tính có tốc độ vận hành theo cấp số nhân và độ chính xác hoàn hảo thì sẽ ra sao?

Về vấn đề này, Giáo sư Duncan Haldane từng đưa ra một câu trả lời tiêu chuẩn. Và vào mùa thu năm 2016, nhà vật lý này cùng hai đồng nghiệp khác đã giành giải Nobel Vật lý năm đó vì "khám phá ra các pha chuyển đổi topo và các pha topo của vật chất"!

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

Điều này nghe có vẻ khó hiểu, muốn hiểu rõ thì phải nắm được khái niệm "topo".

Ai cũng biết rằng, cách nhìn nhận vấn đề của các nhà toán học thường không giống người bình thường, họ thường quen nhìn thấu bản chất thông qua hiện tượng. Topo chính là một môn học như vậy, nó nghiên cứu các tính chất của hình học hoặc không gian vẫn được bảo toàn sau khi thay đổi hình dạng liên tục.

Một ví dụ kinh điển nhất là đối với một nhà topo học, chiếc bánh donut và chiếc cốc cà phê trông giống hệt nhau, vì cả hai đều có một cái lỗ.

Vì chỉ có một cái lỗ, bạn có thể biến chiếc bánh donut thành một chiếc cốc cà phê thông qua quá trình biến dạng mượt mà, và ngược lại cũng vậy... Mặc dù điều này có vẻ khó hiểu, thậm chí kỳ quặc trong mắt người bình thường, nhưng trên thực tế, nhờ phương pháp toán học này mà các học giả trong những lĩnh vực khác đã khám phá ra không ít điều thú vị.

Đặc biệt là trong lĩnh vực vật lý và vật liệu, nhiều khám phá kinh ngạc vào những năm tám mươi đều bắt nguồn từ các phương pháp của topo học, cung cấp cơ sở lý thuyết cho nó.

Chỉ là từ trước đến nay, dù mọi người đã quen áp dụng topo học để giải quyết các vấn đề trong thế giới vĩ mô, nhưng lại hoàn toàn bó tay trong việc liệu topo học có thể được sử dụng cho các hạt hạ nguyên tử như điện tử, photon hay không.

Vì chúng đều chịu ảnh hưởng bởi các quy luật kỳ lạ của vật lý lượng tử, dẫn đến kích thước, vị trí, thậm chí là hình dạng của chúng đều ở trạng thái không xác định.

Tuy nhiên, giải Nobel Vật lý năm 2016 đã đưa ra một câu trả lời khẳng định cho mệnh đề này.

Ngay cả những hạt hạ nguyên tử trong thế giới vi mô này cũng phù hợp với các đặc tính của topo học!

Lý thuyết này rõ ràng không có bất kỳ ảnh hưởng nào đến cuộc sống hàng ngày, nhưng đối với lĩnh vực kỹ thuật điện tử, nó thực sự đã mở ra cánh cửa dẫn đến một thế giới mới!

Trong thế giới lượng tử kỳ diệu, những tính chất này ở một giai đoạn đặc biệt nào đó của vật chất biểu hiện ra sự ổn định kinh ngạc và một số đặc điểm nổi bật. Ví dụ điển hình nhất chính là chất cách điện topo.

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

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

Theo nguyên lý của máy tính lượng tử, chủ yếu thông qua tính chất mà các hạt hạ nguyên tử có thể đồng thời ở các trạng thái khác nhau, thông tin được lưu trữ trong một thứ gọi là qubit. Chính vì đặc tính này mà máy tính lượng tử có thể giải quyết vấn đề với tốc độ theo cấp số nhân so với máy tính truyền thống.

Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chỗ các hạt hạ nguyên tử lưu trữ dữ liệu lại vô cùng mỏng manh, không giống như các nguyên tử ổn định, ngay cả những nhiễu loạn nhỏ cũng có thể làm thay đổi trạng thái của chúng.

Đó chính là cái gọi là "sự mất kết hợp" (decoherence) trong cơ học lượng tử, bất kỳ ảnh hưởng nào từ môi trường cũng có thể dẫn đến sự sụp đổ trạng thái rối của qubit!

Muốn giải quyết vấn đề, hoặc là giảm nhiễu, hoặc là chống nhiễu, hoặc là áp dụng cả hai. Dù chọn phương án kỹ thuật nào, cũng đều phải khiến các hạt hạ nguyên tử trở nên ổn định.

Và đây cũng là một trong những bài toán hóc búa cốt lõi của việc nghiên cứu phát triển máy tính lượng tử.

Đồng thời cũng là đề tài mà Lục Chu vẫn luôn nghiên cứu mấy ngày nay...

Viện Nghiên cứu Cao cấp Kim Lăng, phòng thí nghiệm ở tầng hầm thứ ba.

Căn phòng trống vốn được dùng làm kho chứa mẫu dự phòng, lúc này đang chật kín bởi một đống thiết bị mới mua.

Trong đó bao gồm hệ thống đo lường tính chất vật lý đa năng, máy đo bậc thang, từ kế mẫu rung, máy kiểm tra từ trở nhiệt độ cao thấp, và máy sấy đông khô tại chỗ, v.v. Mặc dù không thể nói là quy mô hoành tráng, nhưng có thể coi là "chim sẻ tuy nhỏ nhưng ngũ tạng đều đủ".

Ngoài ra, bên cạnh những thiết bị không thể thiếu để nghiên cứu vật liệu carbon này, còn có một máy in 3D quang hóa độ chính xác cao lên đến 8 micromet, chủ yếu dùng để in khuôn nhựa cần thiết cho thí nghiệm.

Đặt một màng mỏng kích thước bằng ngón tay cái vào trong thiết bị lắng đọng lớp nguyên tử phún xạ từ tính một cách cẩn thận, Lục Chu tỉ mỉ đối chiếu số liệu trên bảng thí nghiệm, rồi thiết lập các thông số thí nghiệm mới trên máy tính.

Sau khi hoàn thành tất cả những công việc này, cuối cùng anh cũng thở phào nhẹ nhõm, gõ phím Enter trên bàn phím.

Đèn tín hiệu màu xanh lục sáng lên, các thiết bị trong phòng thí nghiệm bắt đầu vận hành.

Bưng cà phê quay trở lại chiếc ghế văn phòng bên cạnh ngồi xuống, Lục Chu liếc nhìn đồng hồ, đang định dùng thứ gì đó để giết thời gian nhàm chán thì Tiểu Ngải điều khiển máy bay không người lái bay lảo đảo từ bên cạnh lại gần.

Tiểu Ngải: "Chủ nhân chủ nhân! Vừa rồi trong một khoảnh khắc! Đã xảy ra một chuyện siêu bất ngờ! φ(≧≦*)?"

Tầm mắt tập trung vào không trung phía trước chiếc tivi nhỏ nửa mét, Lục Chu nhướng mày, có chút bất ngờ nói.

"Ngươi nâng cấp rồi à?"

Tiểu Ngải: "Ơ? Ngài biết rồi ạ?! Σ(°△°)︴"

Lục Chu: "..."

Tên nhóc này rốt cuộc là nâng cấp hay hạ cấp vậy...

Thở dài trong lòng, Lục Chu không để ý đến nó, nhắm mắt lại tiến vào không gian hệ thống.

Công nghệ nhánh là nhánh nhiệm vụ của hệ thống, tích lũy kinh nghiệm của trí tuệ nhân tạo và kinh nghiệm tin học là đồng bộ. Ngay khoảnh khắc cấp độ của Tiểu Ngải lên lv4, cấp độ tin học của anh cũng từ lv4 nâng lên lv5.

Mà khoảnh khắc nâng cấp, dù không tiến vào không gian hệ thống cũng có thể nhìn thấy thông báo trong hộp thoại...

"..."

"G. Tin học: lv5 (0/30 vạn)"

Xác nhận lại bảng thuộc tính sau khi thay đổi, Lục Chu vuốt cằm đầy suy tư.

Quả nhiên đúng như dự đoán của anh, thông qua việc quan sát các hành vi của người chơi trong thế giới thực tế ảo, có thể đẩy nhanh tốc độ tích lũy thanh tiến độ. Nói cách khác, thực tế kinh nghiệm mà nhánh trí tuệ nhân tạo cần, thực chất là một loại kinh nghiệm xã hội học?

Tuy nhiên, hiện tại Lục Chu cũng không có quá nhiều tâm trí để ý đến Tiểu Ngải, sau khi vào không gian hệ thống chỉ liếc nhìn bảng thuộc tính và thanh tiến độ công nghệ nhánh của mình một cái, rồi liền chuyển ý thức quay trở lại thế giới thực.

Mở mắt ra, chỉ thấy chiếc tivi nhỏ gắn bốn cánh quạt đang lượn lờ trước mặt anh nãy giờ.

Tiểu Ngải: "Chủ nhân chủ nhân, không khen Tiểu Ngải một câu sao? (*/＼*)"

Lục Chu: "Ừm, làm tốt lắm."

Tiểu Ngải: "Hời hợt quá! qaq"

"...Thời gian hình như gần tới rồi."

Giả vờ như không nhìn thấy hộp thoại trên tivi nhỏ, Lục Chu cúi đầu nhìn thời gian trên đồng hồ, lẩm bẩm một câu.

Như để kiểm chứng cho lời nói của anh, trên thiết bị không xa, đèn tín hiệu nhảy từ xanh sang đỏ.

Thấy vậy, Lục Chu lập tức ra lệnh.

"Tiểu Ngải, mở máy sấy đông khô tại chỗ."

Tiểu Ngải: "Đã rõ! (○｀3′○)"

Mặc dù cực kỳ miễn cưỡng, nhưng Tiểu Ngải vẫn nghe lời làm theo.

Chỉ là không biết có phải là do anh lầm tưởng hay không, luôn cảm thấy phản ứng của nhóc con này hình như ngày càng cảm tính... Hay nói cách khác, càng ngày càng giống người?

Lục Chu cũng không nói rõ đây có phải là chuyện tốt hay không.

Xét cho cùng, cách xử lý thông tin của trí tuệ nhân tạo và não người là hai quy tắc hoàn toàn khác biệt, một bên là logic quyết định cảm xúc, còn một bên là cảm xúc chi phối logic.

Có lẽ sự tồn tại của nó sẽ tạo ra một loài sinh vật hoàn toàn mới cũng nên?

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

Với tư cách là "người giám hộ" của nó, Lục Chu cũng chỉ có thể nói là hoàn thành trách nhiệm của mình, đi từng bước xem từng bước thôi.

Ít nhất thì nhìn vào biểu hiện hiện tại, nhóc con vẫn khá ngoan ngoãn nghe lời, dù là trong cuộc sống hay trong nghiên cứu đều đóng vai trò là một trợ lý nhỏ, đối với mệnh lệnh của anh cũng là tuyệt đối phục tùng không hề chiết khấu.

Sự lo lắng của bản thân dường như cũng hơi thừa thãi?

Với sự giúp đỡ của Tiểu Ngải, Lục Chu chuyển mẫu vật từ thiết bị lắng đọng lớp nguyên tử phún xạ từ tính sang máy sấy đông khô tại chỗ, thực hiện xử lý đông khô đối với mẫu chip gốc carbon, sau đó dùng kính hiển vi kim tương để quan sát kỹ lớp chip dạng màng mỏng này, và ghi chép dữ liệu thí nghiệm vào cuốn sổ bên cạnh.

Hiện tại anh có hơn ba mươi ngàn điểm tích lũy, theo cái giá mà hệ thống đưa ra, muốn đổi trọn bộ công nghệ máy tính lượng tử cần mười hai vạn điểm.

Tuy nhiên thực tế, trong định giá này kỳ thực chứa rất nhiều "nước" (phần dư thừa).

Nếu chia nhỏ vấn đề, trên cơ sở những vấn đề đã được giới học thuật giải quyết, đề xuất các vấn đề chưa được giải quyết, số điểm tiêu tốn có thể giảm hơn năm lần!

Cho đến nay, anh đã tiêu tốn hai vạn điểm tích lũy để khắc phục vài nút thắt quan trọng trong nghiên cứu, còn phần còn lại đều là anh kết hợp kiến thức của bản thân về vật liệu carbon, chất cách điện Mott, fermion Majorana, thông qua việc tra cứu một số thành quả nghiên cứu của người đi trước, và trên cơ sở đó hoàn thành một số công việc có tính chất lan tỏa.

Ví dụ như vật liệu carbon cách điện topo có chứa fermion Majorana, và trên tiền đề không ảnh hưởng đến sự ổn định của fermion Majorana, đã chồng lên trên đó một lớp siêu dẫn rộng một nguyên tử.

Trong loại vật liệu pha topo đặc biệt này, các hạt hạ nguyên tử có thể được bảo vệ.

Nói cách khác, các qubit được hình thành dưới pha topo này sẽ không thay đổi vì một vài nhiễu loạn nhỏ hoặc cục bộ. Nó ổn định hơn nhiều so với các qubit thông thường, có thể để máy tính lượng tử của chúng ta xử lý các câu hỏi mà chúng ta muốn biết đáp án một cách chính xác và hiệu quả hơn.

Những công việc này ít nhất đã giúp Lục Chu tiết kiệm hơn mười vạn điểm tích lũy.

Chính những công việc này mới khiến anh có cơ hội dùng điểm tích lũy vào đúng chỗ cần thiết.

Đây cũng có thể coi là một sự thể hiện cho câu nói "tri thức là sức mạnh".

Cẩn thận hoàn thành bước cuối cùng của tất cả các công việc thử nghiệm, Lục Chu đặt một lớp graphene bán trong suốt mỏng như cánh ve lên khuôn mạch đã chuẩn bị sẵn.

Giống như đang ngắm nhìn một tác phẩm nghệ thuật hoàn hảo, trên khuôn mặt anh nở nụ cười chân thành.

"Các chỉ số kiểm tra hiệu năng đều đạt kỳ vọng."

"Diện mạo cũng không chê vào đâu được, có thể gọi là hoàn hảo!"

"...Quả nhiên fermion Majorana là lựa chọn hoàn hảo nhất để chế tạo máy tính lượng tử!"

Còn lại, chính là kiểm chứng nỗ lực của mấy ngày nay, và hai vạn điểm tích lũy anh đã tiêu tốn, liệu có xứng đáng hay không.

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

Gần như là chuyện chỉ trong một tích tắc.

Ngay cùng thời điểm anh nhấn nút, chương trình đã thiết lập sẵn hoàn thành vận hành trên lớp màng này. Tín hiệu được xử lý và xuất ra thông qua mạch logic truyền đến màn hình, rất nhanh trên màn hình hiển thị một dòng ký tự rõ ràng:

"helloworld"

Nhìn những ký tự nhảy múa trên màn hình, lòng Lục Chu chợt vui mừng, nắm đấm siết chặt lại, kích động đến mức suýt chút nữa nhảy dựng lên.

"Thành công rồi!"

Theo bản năng hét lên sự phấn khích trong lòng, kết quả khiến Lục Chu bị chính hành động của mình làm cho hoảng sợ, vội vàng cuống cuồng kiểm tra tình trạng vận hành của thiết bị.

Khi nhìn thấy con chip dạng "màng mỏng" đang vận hành ổn định này không hề xảy ra "sự sụp đổ trạng thái rối của qubit" vì tiếng reo hò hơn tám mươi decibel của mình, trên mặt Lục Chu cuối cùng cũng nở nụ cười chân thành và nhẹ nhõm.

Xem ra lần này...

Thực sự thành rồi!