“Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Thụy Điển đã phát triển phần mềm mã nguồn mở, phần mềm này sẽ mở đường cho những khám phá mới và đẩy nhanh đáng kể nghiên cứu lượng tử. Hình ảnh cho thấy mật độ cục bộ của các hạt mang dòng điện trong một mạng xoáy siêu trung mô trong một chất siêu dẫn trung mô nhỏ. (Patric Holmwall)“
Công nghệ lượng tử được kỳ vọng sẽ thay đổi căn bản nhiều lĩnh vực then chốt của xã hội. Các nhà nghiên cứu tin chắc rằng có nhiều tính chất và ứng dụng lượng tử hữu ích hơn để khám phá so với những tính chất và ứng dụng mà chúng ta biết ngày nay. Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển hiện đã phát triển phần mềm nguồn mở, sẵn có miễn phí sẽ mở đường cho những khám phá mới trong lĩnh vực này và đẩy nhanh đáng kể nghiên cứu lượng tử.
Trong vòng vài thập kỷ tới, công nghệ lượng tử được kỳ vọng sẽ trở thành công nghệ then chốt trong các lĩnh vực như y tế, truyền thông, quốc phòng và năng lượng. Sức mạnh và tiềm năng của công nghệ nằm ở những tính chất kỳ lạ và rất đặc biệt của các hạt lượng tử.
Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đặc biệt quan tâm đến tính chất siêu dẫn của các hạt lượng tử mang lại cho các thành phần tính dẫn điện hoàn hảo với các tính chất từ tính độc đáo. Ngày nay, những đặc tính siêu dẫn này được coi là thông thường và đã mở đường cho những công nghệ hoàn toàn mới được sử dụng trong các ứng dụng như thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ, tàu đệm từ và linh kiện máy tính lượng tử. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều năm nghiên cứu và phát triển trước khi một máy tính lượng tử có thể giải quyết được các vấn đề điện toán thực sự trong thực tế chẳng hạn. Cộng đồng nghiên cứu tin chắc rằng có nhiều khám phá mang tính cách mạng hơn được thực hiện trong công nghệ lượng tử so với những gì chúng ta biết ngày nay.
Mã nguồn mở để khám phá các thuộc tính siêu dẫn mới
Nghiên cứu cơ bản về vật liệu lượng tử là nền tảng của mọi đổi mới công nghệ lượng tử, từ sự ra đời của bóng bán dẫn vào năm 1947, qua tia laser vào những năm 1960 cho đến máy tính lượng tử ngày nay. Tuy nhiên, các thí nghiệm trên vật liệu lượng tử thường rất tốn tài nguyên để phát triển và tiến hành, mất nhiều năm để chuẩn bị và hầu hết tạo ra các kết quả khó diễn giải. Tuy nhiên, giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Chalmers đã phát triển phần mềm nguồn mở SuperConga, miễn phí cho mọi người sử dụng và được thiết kế đặc biệt để thực hiện các mô phỏng và phân tích nâng cao về các thành phần lượng tử.
Chương trình hoạt động ở cấp độ trung mô, có nghĩa là nó có thể thực hiện các mô phỏng có khả năng “nhặt” các tính chất kỳ lạ của các hạt lượng tử, đồng thời áp dụng chúng vào thực tế. Mã nguồn mở này là mã nguồn mở đầu tiên trên thế giới và được kỳ vọng có thể khám phá các đặc tính siêu dẫn hoàn toàn mới và cuối cùng mở đường cho các máy tính lượng tử có thể sử dụng điện toán tiên tiến để giải quyết các thách thức xã hội trong một số lĩnh vực.
“Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến các chất siêu dẫn phi truyền thống, vốn là một bí ẩn về cách thức hoạt động và tính chất của chúng. Chúng tôi biết rằng chúng có một số tính chất mong muốn cho phép bảo vệ thông tin lượng tử khỏi nhiễu và dao động. Hiện tại, nhiễu là những gì Mikael Fogelström, Giáo sư Vật lý Lý thuyết tại Chalmers cho biết, giới hạn chúng ta trong việc có một máy tính lượng tử có thể sử dụng trong thực tế.
Những chất siêu dẫn mới này tiếp tục là những vật liệu cực kỳ bí ẩn—giống như những vật liệu anh em thông thường của chúng đã từng là khi chúng được phát hiện trong phòng thí nghiệm hơn một trăm năm trước. Sau phát hiện đó, phải hơn 40 năm sau các nhà nghiên cứu mới có thể mô tả chúng trên lý thuyết. Các nhà nghiên cứu của Chalmers giờ đây hy vọng rằng mã nguồn mở của họ có thể đóng góp vào những phát hiện và lĩnh vực ứng dụng hoàn toàn mới.
“Chúng tôi muốn tìm hiểu về tất cả các tính chất thú vị khác của chất siêu dẫn phi truyền thống. Phần mềm của chúng tôi mạnh mẽ, mang tính giáo dục và thân thiện với người dùng, đồng thời chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ giúp tạo ra hiểu biết mới và đề xuất các ứng dụng hoàn toàn mới cho những chất siêu dẫn chưa được khám phá này,” Patric nói Holmvall, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về vật lý vật chất ngưng tụ tại Đại học Uppsala.
Cùng với mục đích làm cho cuộc sống dễ dàng hơn cho các nhà nghiên cứu và sinh viên trong lĩnh vực lượng tử
Để có thể khám phá những khám phá mới mang tính cách mạng, cần có các công cụ có thể nghiên cứu và sử dụng các tính chất lượng tử phi thường ở cấp độ hạt tối thiểu, đồng thời cũng có thể được nhân rộng đủ lớn để sử dụng trong thực tế. Các nhà nghiên cứu cần phải làm việc ở quy mô mesoscopic. Điều này nằm ở giao diện giữa quy mô vi mô, tức là cấp độ nguyên tử mà tại đó các tính chất lượng tử của các hạt vẫn có thể được sử dụng và quy mô vĩ mô đo lường các vật thể hàng ngày trong thế giới của chúng ta, không giống như các hạt lượng tử, tuân theo các định luật vật lý cổ điển.
Do khả năng hoạt động ở cấp độ siêu âm này của phần mềm, các nhà nghiên cứu của Chalmers hiện hy vọng sẽ làm cho cuộc sống của các nhà nghiên cứu và sinh viên làm việc với vật lý lượng tử trở nên dễ dàng hơn.
“Các mô hình cực kỳ đơn giản dựa trên quy mô vi mô hoặc vĩ mô thường được sử dụng hiện nay. Điều này có nghĩa là chúng không quản lý để xác định tất cả các vật lý quan trọng hoặc chúng không thể được sử dụng trong thực tế. Với phần mềm miễn phí này, chúng tôi muốn tạo ra nó Tomas Löfwander, Giáo sư Vật lý Lượng tử Ứng dụng tại Chalmers, cho biết sẽ dễ dàng hơn cho những người khác tăng tốc và cải thiện nghiên cứu lượng tử của họ mà không cần phải phát minh lại bánh xe mỗi lần.
Bài báo, “SuperConga: Một khuôn khổ nguồn mở cho tính siêu dẫn mesoscopic,” đã được đăng trên tạp chí Applied Physics Reviews và được viết bởi Patric Holmvall, Khoa Vật lý và Thiên văn học, Đại học Uppsala, và Niclas Wall Wennerdal, Mikael Håkansson, Pascal Stadler , Oleksii Shevtsov, Tomas Löfwander và Mikael Fogelström, Khoa Công nghệ vi mô và Khoa học nano tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển.
SuperConga là phần mềm mã nguồn mở và được tải xuống miễn phí.
Thông tin thêm về quy mô vi mô, trung mô và vĩ mô
Chế độ trung mô là giao diện giữa chế độ vĩ mô và vi mô. Trong chế độ vĩ mô (thường là milimet và lớn hơn), vật lý cổ điển chiếm ưu thế, mô tả các vật thể hàng ngày như bóng đá, mèo hoặc có lẽ là máy pha cà phê. Điều này trái ngược với chế độ vi mô, trong đó vật lý lượng tử chiếm ưu thế và có thể đo được các vật thể nhỏ hơn nhiều, chẳng hạn như electron, nguyên tử và các hạt khác. Các tính chất kỳ lạ của các hạt lượng tử có thể được khám phá ở quy mô cực nhỏ này—các tính chất cho phép chúng ở hai vị trí cùng một lúc hoặc dẫn điện hoàn hảo. Các thành phần lượng tử trung mô (thường là micromet cho đến nanomet) nhỏ đến mức có thể truy cập và sử dụng các tính chất kỳ lạ của hạt lượng tử, nhưng cũng đủ lớn để chúng có thể được áp dụng trong thực tế. Các mã nguồn mở đã tồn tại cho các mô phỏng ở cấp độ vi mô hoặc cấp độ vĩ mô hơn. SuperConga là phần mềm miễn phí đầu tiên trên thế giới có khả năng mô phỏng các chất siêu dẫn ở cấp độ siêu âm.
Công nghệ lượng tử được kỳ vọng sẽ thay đổi căn bản nhiều lĩnh vực then chốt của xã hội. Các nhà nghiên cứu tin chắc rằng có nhiều tính chất và ứng dụng lượng tử hữu ích hơn để khám phá so với những tính chất và ứng dụng mà chúng ta biết ngày nay. Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển hiện đã phát triển phần mềm nguồn mở, sẵn có miễn phí sẽ mở đường cho những khám phá mới trong lĩnh vực này và đẩy nhanh đáng kể nghiên cứu lượng tử.
Trong vòng vài thập kỷ tới, công nghệ lượng tử được kỳ vọng sẽ trở thành công nghệ then chốt trong các lĩnh vực như y tế, truyền thông, quốc phòng và năng lượng. Sức mạnh và tiềm năng của công nghệ nằm ở những tính chất kỳ lạ và rất đặc biệt của các hạt lượng tử.
Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đặc biệt quan tâm đến tính chất siêu dẫn của các hạt lượng tử mang lại cho các thành phần tính dẫn điện hoàn hảo với các tính chất từ tính độc đáo. Ngày nay, những đặc tính siêu dẫn này được coi là thông thường và đã mở đường cho những công nghệ hoàn toàn mới được sử dụng trong các ứng dụng như thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ, tàu đệm từ và linh kiện máy tính lượng tử. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều năm nghiên cứu và phát triển trước khi một máy tính lượng tử có thể giải quyết được các vấn đề điện toán thực sự trong thực tế chẳng hạn. Cộng đồng nghiên cứu tin chắc rằng có nhiều khám phá mang tính cách mạng hơn được thực hiện trong công nghệ lượng tử so với những gì chúng ta biết ngày nay.
Mã nguồn mở để khám phá các thuộc tính siêu dẫn mới
Nghiên cứu cơ bản về vật liệu lượng tử là nền tảng của mọi đổi mới công nghệ lượng tử, từ sự ra đời của bóng bán dẫn vào năm 1947, qua tia laser vào những năm 1960 cho đến máy tính lượng tử ngày nay. Tuy nhiên, các thí nghiệm trên vật liệu lượng tử thường rất tốn tài nguyên để phát triển và tiến hành, mất nhiều năm để chuẩn bị và hầu hết tạo ra các kết quả khó diễn giải. Tuy nhiên, giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Chalmers đã phát triển phần mềm nguồn mở SuperConga, miễn phí cho mọi người sử dụng và được thiết kế đặc biệt để thực hiện các mô phỏng và phân tích nâng cao về các thành phần lượng tử.
Chương trình hoạt động ở cấp độ trung mô, có nghĩa là nó có thể thực hiện các mô phỏng có khả năng “nhặt” các tính chất kỳ lạ của các hạt lượng tử, đồng thời áp dụng chúng vào thực tế. Mã nguồn mở này là mã nguồn mở đầu tiên trên thế giới và được kỳ vọng có thể khám phá các đặc tính siêu dẫn hoàn toàn mới và cuối cùng mở đường cho các máy tính lượng tử có thể sử dụng điện toán tiên tiến để giải quyết các thách thức xã hội trong một số lĩnh vực.
“Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến các chất siêu dẫn phi truyền thống, vốn là một bí ẩn về cách thức hoạt động và tính chất của chúng. Chúng tôi biết rằng chúng có một số tính chất mong muốn cho phép bảo vệ thông tin lượng tử khỏi nhiễu và dao động. Hiện tại, nhiễu là những gì Mikael Fogelström, Giáo sư Vật lý Lý thuyết tại Chalmers cho biết, giới hạn chúng ta trong việc có một máy tính lượng tử có thể sử dụng trong thực tế.
Những chất siêu dẫn mới này tiếp tục là những vật liệu cực kỳ bí ẩn—giống như những vật liệu anh em thông thường của chúng đã từng là khi chúng được phát hiện trong phòng thí nghiệm hơn một trăm năm trước. Sau phát hiện đó, phải hơn 40 năm sau các nhà nghiên cứu mới có thể mô tả chúng trên lý thuyết. Các nhà nghiên cứu của Chalmers giờ đây hy vọng rằng mã nguồn mở của họ có thể đóng góp vào những phát hiện và lĩnh vực ứng dụng hoàn toàn mới.
“Chúng tôi muốn tìm hiểu về tất cả các tính chất thú vị khác của chất siêu dẫn phi truyền thống. Phần mềm của chúng tôi mạnh mẽ, mang tính giáo dục và thân thiện với người dùng, đồng thời chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ giúp tạo ra hiểu biết mới và đề xuất các ứng dụng hoàn toàn mới cho những chất siêu dẫn chưa được khám phá này,” Patric nói Holmvall, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về vật lý vật chất ngưng tụ tại Đại học Uppsala.
Cùng với mục đích làm cho cuộc sống dễ dàng hơn cho các nhà nghiên cứu và sinh viên trong lĩnh vực lượng tử
Để có thể khám phá những khám phá mới mang tính cách mạng, cần có các công cụ có thể nghiên cứu và sử dụng các tính chất lượng tử phi thường ở cấp độ hạt tối thiểu, đồng thời cũng có thể được nhân rộng đủ lớn để sử dụng trong thực tế. Các nhà nghiên cứu cần phải làm việc ở quy mô mesoscopic. Điều này nằm ở giao diện giữa quy mô vi mô, tức là cấp độ nguyên tử mà tại đó các tính chất lượng tử của các hạt vẫn có thể được sử dụng và quy mô vĩ mô đo lường các vật thể hàng ngày trong thế giới của chúng ta, không giống như các hạt lượng tử, tuân theo các định luật vật lý cổ điển.
Do khả năng hoạt động ở cấp độ siêu âm này của phần mềm, các nhà nghiên cứu của Chalmers hiện hy vọng sẽ làm cho cuộc sống của các nhà nghiên cứu và sinh viên làm việc với vật lý lượng tử trở nên dễ dàng hơn.
“Các mô hình cực kỳ đơn giản dựa trên quy mô vi mô hoặc vĩ mô thường được sử dụng hiện nay. Điều này có nghĩa là chúng không quản lý để xác định tất cả các vật lý quan trọng hoặc chúng không thể được sử dụng trong thực tế. Với phần mềm miễn phí này, chúng tôi muốn tạo ra nó Tomas Löfwander, Giáo sư Vật lý Lượng tử Ứng dụng tại Chalmers, cho biết sẽ dễ dàng hơn cho những người khác tăng tốc và cải thiện nghiên cứu lượng tử của họ mà không cần phải phát minh lại bánh xe mỗi lần.
Bài báo, “SuperConga: Một khuôn khổ nguồn mở cho tính siêu dẫn mesoscopic,” đã được đăng trên tạp chí Applied Physics Reviews và được viết bởi Patric Holmvall, Khoa Vật lý và Thiên văn học, Đại học Uppsala, và Niclas Wall Wennerdal, Mikael Håkansson, Pascal Stadler , Oleksii Shevtsov, Tomas Löfwander và Mikael Fogelström, Khoa Công nghệ vi mô và Khoa học nano tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển.
SuperConga là phần mềm mã nguồn mở và được tải xuống miễn phí.
Thông tin thêm về quy mô vi mô, trung mô và vĩ mô
Chế độ trung mô là giao diện giữa chế độ vĩ mô và vi mô. Trong chế độ vĩ mô (thường là milimet và lớn hơn), vật lý cổ điển chiếm ưu thế, mô tả các vật thể hàng ngày như bóng đá, mèo hoặc có lẽ là máy pha cà phê. Điều này trái ngược với chế độ vi mô, trong đó vật lý lượng tử chiếm ưu thế và có thể đo được các vật thể nhỏ hơn nhiều, chẳng hạn như electron, nguyên tử và các hạt khác. Các tính chất kỳ lạ của các hạt lượng tử có thể được khám phá ở quy mô cực nhỏ này—các tính chất cho phép chúng ở hai vị trí cùng một lúc hoặc dẫn điện hoàn hảo. Các thành phần lượng tử trung mô (thường là micromet cho đến nanomet) nhỏ đến mức có thể truy cập và sử dụng các tính chất kỳ lạ của hạt lượng tử, nhưng cũng đủ lớn để chúng có thể được áp dụng trong thực tế. Các mã nguồn mở đã tồn tại cho các mô phỏng ở cấp độ vi mô hoặc cấp độ vĩ mô hơn. SuperConga là phần mềm miễn phí đầu tiên trên thế giới có khả năng mô phỏng các chất siêu dẫn ở cấp độ siêu âm. 
