Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực phát triển phần cứng lượng tử. Họ đã tạo ra một con chip có khả năng tạo ra và duy trì ánh sáng lượng tử ổn định. Điều đáng chú ý là con chip này được sản xuất bằng quy trình công nghệ CMOS 45 nm phổ biến, vốn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ xử lý như x86 hay ARM.

Con chip này chứa 12 vòng silicon cực nhỏ, gọi là “bộ cộng hưởng vòng vi mô”. Mỗi vòng có khả năng tạo ra các cặp hạt ánh sáng (photon) với tính chất lượng tử đặc biệt. Đây là nền tảng cơ bản cho nhiều công nghệ lượng tử hiện đại. Trước đây, để tạo ra photon, cần sử dụng những thiết bị phòng thí nghiệm cồng kềnh và phức tạp. Tuy nhiên, con chip này không chỉ tạo ra ánh sáng lượng tử mà còn giúp duy trì sự ổn định của ánh sáng đó.

Các bộ cộng hưởng vòng vi mô tuy có khả năng mạnh mẽ nhưng lại dễ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhỏ trong nhiệt độ hoặc sai số trong quá trình chế tạo. Điều này có thể khiến chúng hoạt động lệch pha và làm ngắt dòng photon. Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một cơ chế tự điều chỉnh được tích hợp ngay trên chip.

Mỗi bộ cộng hưởng đều được trang bị một đi-ốt quang nhỏ để theo dõi hiệu suất hoạt động, cùng với bộ gia nhiệt siêu nhỏ và mạch điều khiển đi kèm. Cơ chế này cho phép điều chỉnh tức thì khi có sai lệch. Nhờ hệ thống này, cả 12 bộ cộng hưởng có thể vận hành đồng bộ một cách ổn định mà không cần đến thiết bị ngoại vi cồng kềnh như trong các phòng thí nghiệm.

Bước tiến này có ý nghĩa rất lớn vì nó cho thấy khả năng xây dựng các hệ thống lượng tử ổn định và có thể lặp lại trong môi trường sản xuất công nghiệp. Con chip trong nghiên cứu này được phát triển cùng với GlobalFoundries và Ayar Labs, một công ty đi đầu trong công nghệ kết nối quang học phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI) và các hệ thống máy tính hiệu năng cao.

Sự tương đồng giữa con chip lượng tử này và thế giới AI không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Công nghệ quang tử cũng có thể mở ra hướng phát triển cho máy tính lượng tử ở quy mô lớn. Trong tương lai không xa, có thể hình dung một场景 nơi phần cứng AI và lượng tử cùng được sản xuất trên một nền tảng silicon chung. Thực tế, Nvidia cũng đang đầu tư mạnh vào lĩnh vực này, nên tốc độ phát triển trong thời gian tới có thể sẽ còn nhanh hơn nữa.

Khái niệm “nhà máy ánh sáng lượng tử” không chỉ là cách nói hình tượng. Giống như chip điện tử truyền thống cần dòng điện, hay mạng quang học cần ánh sáng laser, công nghệ lượng tử trong tương lai cũng sẽ cần nguồn ánh sáng lượng tử ổn định và đáng tin cậy. Bằng cách chứng minh có thể tạo ra và duy trì nguồn sáng này trực tiếp trên chip silicon, đồng thời có thể sao chép và sản xuất hàng loạt, nhóm nghiên cứu đã cho thấy phần cứng lượng tử hoàn toàn có thể vươn ra khỏi phòng thí nghiệm và bước vào sản xuất đại trà như cách mà máy tính truyền thống đã làm được.

Công ty khởi nghiệp tại California lên kế hoạch sản xuất vàng từ thủy ngân bằng công nghệ phản ứng tổng hợp hạt nhân

Một công ty khởi nghiệp tại California đang lên kế hoạch táo bạo nhằm tạo ra vàng từ thủy ngân bằng công nghệ phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặc dù ý tưởng này đã thu hút sự chú ý của nhiều người, việc sản xuất vàng bằng phương pháp này vẫn còn là một thách thức lớn cần được giải quyết.

Các nhà khoa học đã chứng minh khả năng biến đổi một nguyên tố này thành nguyên tố khác thông qua các thiết bị như máy gia tốc và máy va chạm hạt nhân. Tuy nhiên, việc sản xuất vàng bằng phương pháp này có chi phí rất lớn và lượng vàng thu được lại cực kỳ ít ỏi.

Công ty Marathon Fusion ở California đang phát triển một ý tưởng mới để biến thủy ngân thành vàng. Họ sử dụng lò phản ứng tổng hợp hạt nhân để tạo ra các hạt neutron, làm cho một loại thủy ngân biến đổi thành ‘thủy ngân-197’, và sau đó tự phân rã thành ‘vàng-197’ – một dạng vàng bền vững.

Các nhà sáng lập công ty ước tính rằng một gigawatt điện nhiệt hạch có thể tạo ra đến 5.000 kg vàng/năm, tương đương với lượng vàng trị giá 550 triệu USD/năm trên mỗi GW năng lượng nhiệt hạch. Tuy nhiên, để quá trình này thành công, điều quan trọng nhất là phải có đủ năng lượng từ các hạt neutron để khởi động chuỗi biến đổi của thủy ngân.

Nếu làm được vậy, đây thực sự là một ý tưởng rất hứa hẹn. Nhưng liệu việc này có mang lại lợi nhuận lớn hay không lại là chuyện khác. Bởi để tạo ra đủ vàng, cần một lượng neutron rất lớn. Để biến đổi thủy ngân thành vàng, chúng ta cần những hạt neutron có năng lượng rất cao, cụ thể là trên 6 triệu volt.

Marathon Fusion đã dùng một mô hình máy tính để mô phỏng lại cách phản ứng hạt nhân diễn ra và những gì sẽ xảy ra sau đó. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của phương pháp này là mô hình máy tính đó cần được kiểm tra với một lò phản ứng hạt nhân thực tế để xác nhận độ chính xác.

Các nhà khoa học còn phải đối mặt với nhiều thử thách lớn để biến lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thành hiện thực và đưa vào sử dụng rộng rãi. Ngay cả những dự án tiên tiến nhất, như JET ở Anh, cũng chỉ mới tạo ra được một lượng năng lượng rất nhỏ.

Dù vậy, các nhà nghiên cứu tại Anh đã tìm ra một cách mới để làm giảm kích thước của lò phản ứng. Họ làm điều này bằng cách thay đổi phương pháp xử lý khí thải nóng (gọi là plasma). Một mẫu thử nghiệm của lò phản ứng tổng hợp kiểu mới này, có tên là STEP, được kỳ vọng sẽ hoàn thành vào năm 2040.

Về mặt lý thuyết, việc tạo ra vàng từ thủy ngân trong lò phản ứng tổng hợp là điều hoàn toàn có thể. Tuy nhiên, cho đến khi những lò phản ứng này được xây dựng và đi vào hoạt động thực tế, những gì công ty Marathon Fusion đang nghiên cứu vẫn chỉ là dự đoán và chưa được kiểm chứng.

Hơn nữa, vàng được sản xuất bằng phương pháp này ban đầu sẽ bị nhiễm phóng xạ. Điều này có nghĩa là nó sẽ được xem là chất thải phóng xạ và cần được xử lý cẩn thận trong một thời gian dài sau khi tạo ra.

Dù việc xử lý vàng phóng xạ thành vàng nguyên chất là một thách thức lớn, nhưng điều này có thể sẽ không làm nản lòng các nhà đầu tư dài hạn. Hiện tại, ý tưởng này vẫn là một đề xuất đầy hứa hẹn trên giấy tờ.