Trung Quốc tuyên bố tự chủ vật liệu lõi cho máy tính lượng tử, lần đầu sản xuất hàng loạt silicon-28

Nỗ lực xây dựng chuỗi cung ứng công nghệ độc lập của Trung Quốc vừa ghi nhận thêm một bước tiến mới khi nước này tuyên bố đã làm chủ công nghệ sản xuất quy mô lớn đồng vị silicon-28 siêu tinh khiết – vật liệu được xem là nền tảng cho thế hệ máy tính lượng tử dựa trên silicon trong tương lai.

Thông tin được Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc (CNNC) công bố ngày 15/6. Theo đó, một viện nghiên cứu trực thuộc tập đoàn đã sản xuất thành công silicon-28 có độ tinh khiết đồng vị vượt 99,99%, đánh dấu lần đầu tiên Trung Quốc sở hữu năng lực sản xuất độc lập và quy mô lớn loại vật liệu chiến lược này.

Thành tựu mới được đánh giá là bước tiến quan trọng trong bối cảnh Bắc Kinh đang tăng tốc phát triển các công nghệ lõi nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn cung nước ngoài ở những lĩnh vực chiến lược như bán dẫn, lượng tử và trí tuệ nhân tạo.

Trước đây, năng lực sản xuất silicon-28 gần như tập trung trong tay một số ít đơn vị tại Nga, châu Âu và các chuỗi cung ứng liên quan đến Mỹ. Điều này khiến Trung Quốc đối mặt với những hạn chế đáng kể trong việc tiếp cận nguồn vật liệu đầu vào phục vụ nghiên cứu và phát triển máy tính lượng tử.

Theo CNNC, việc làm chủ được công nghệ sản xuất silicon-28 sẽ giúp lấp đầy một mắt xích còn thiếu trong chuỗi cung ứng lượng tử của nước này, đồng thời tạo nền tảng cho các chương trình nghiên cứu và thương mại hóa công nghệ lượng tử trong tương lai.

SILICON-28 VÀ VAI TRÒ CHIẾN LƯỢC TRONG CUỘC ĐUA LƯỢNG TỬ

Silicon từ lâu đã là vật liệu nền tảng của ngành công nghiệp điện tử hiện đại, xuất hiện trong hầu hết các thiết bị từ điện thoại thông minh cho tới bộ vi xử lý máy tính. Tuy nhiên, để chế tạo máy tính lượng tử, các nhà khoa học cần tới một dạng silicon đặc biệt có độ tinh khiết cực cao.

Khác với máy tính truyền thống hoạt động dựa trên các bit chỉ có thể mang giá trị 0 hoặc 1, máy tính lượng tử sử dụng qubit – đơn vị thông tin có khả năng tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái. Chính đặc tính này giúp máy tính lượng tử có tiềm năng xử lý những bài toán phức tạp với tốc độ vượt xa các siêu máy tính hiện nay.

Tuy nhiên, qubit cũng là thành phần cực kỳ nhạy cảm. Một trong những thách thức lớn nhất của ngành công nghiệp lượng tử là duy trì trạng thái lượng tử ổn định trong thời gian đủ dài để thực hiện tính toán. Ở silicon tự nhiên, sự tồn tại của các đồng vị có từ tính tạo ra những nhiễu loạn từ trường vi mô, thường được gọi là “tiếng ồn lượng tử” (quantum noise). Các nhiễu loạn này có thể làm qubit mất trạng thái lượng tử, dẫn tới sai lệch hoặc mất dữ liệu.

Silicon-28 lại khác. Đây là một đồng vị ổn định gần như không tạo ra từ trường gây nhiễu. Khi được tinh chế đến mức siêu tinh khiết, silicon-28 tạo nên một môi trường gần như “im lặng” về mặt từ tính, giúp qubit duy trì trạng thái ổn định lâu hơn và nâng cao độ chính xác của các phép tính lượng tử.

Một lợi thế quan trọng khác là công nghệ lượng tử dựa trên silicon có thể tận dụng nhiều quy trình sản xuất vốn đã được phát triển trong ngành bán dẫn truyền thống. Điều này mở ra khả năng sản xuất chip lượng tử trên quy mô công nghiệp với chi phí thấp hơn so với nhiều hướng tiếp cận khác.

GIẢI QUYẾT TẬN GỐC TÌNH TRẠNG THIẾU HỤT NGUỒN NGUYÊN LIỆU THIẾT YẾU CHO ĐIỆN TOÁN LƯỢNG TỬ

Ông Yu Dapeng, Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, nhận định trong thông cáo của CNNC rằng thành tựu này “giải quyết tận gốc tình trạng thiếu hụt nguồn nguyên liệu thiết yếu cho điện toán lượng tử dựa trên silicon và mở đường cho việc kiểm soát qubit trên quy mô lớn tại Trung Quốc”.

Thông báo của CNNC được đưa ra trong năm cuối cùng thực hiện Kế hoạch hành động ba năm về phát triển chất lượng cao ngành ứng dụng công nghệ hạt nhân của Trung Quốc, được ban hành năm 2024 bởi Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc, Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia cùng nhiều cơ quan quản lý khác.

Kế hoạch này đặt mục tiêu thúc đẩy sự tích hợp sâu rộng của công nghệ hạt nhân vào nền kinh tế, đồng thời yêu cầu cải thiện đáng kể năng lực cung ứng các đồng vị then chốt phục vụ nhiều lĩnh vực công nghệ cao.

Trên thực tế, sản xuất đồng vị là một lĩnh vực ít được chú ý nhưng lại đóng vai trò chiến lược ở thượng nguồn của hàng loạt ngành công nghiệp quan trọng như điện toán lượng tử, bán dẫn tiên tiến, y học hạt nhân và nghiên cứu khoa học cơ bản.

CNNC cho biết ngoài silicon-28, viện nghiên cứu của tập đoàn cũng đã vượt qua nhiều thách thức kỹ thuật trong các khâu tách đồng vị, tinh chế và chuyển đổi vật liệu. Đến nay, đơn vị này đã sản xuất được 26 đồng vị ổn định thuộc 12 nguyên tố khác nhau, bao gồm molybdenum, tellurium, nickel, kẽm, silicon và ytterbium.

Trong thời gian tới, tập đoàn dự kiến tiếp tục mở rộng danh mục sản phẩm đồng vị ổn định nhằm phục vụ các lĩnh vực như năng lượng hạt nhân, hàng không vũ trụ, thông tin lượng tử, vật lý hạt và các chương trình thám hiểm không gian sâu.