Các nhà khoa học vừa đạt được một bước tiến quan trọng trong mục tiêu tạo ra Internet lượng tử, khi “dịch chuyển tức thời” thông tin lượng tử với khoảng cách 44 km.
Cột mốc mới trong dịch chuyển lượng tử
“Dịch chuyển tức thời” ở đây được coi là việc có thể xác định một hạt vật chất lượng tử khi biết trạng thái của một hạt khác. Chúng dựa vào trạng thái trong vật lý lượng tử, gọi là “rối lượng tử”.
Hình minh họa quá trình “dịch chuyển tức thời” lượng tử, dựa trên rối lượng tử giữa 2 hạt. Ảnh: Science Alert.
Rối lượng tử nghĩa là 2 hạt photon được gắn bó chặt chẽ với nhau dù nằm rất xa. Có thể tưởng tượng chúng như 2 hạt xúc xắc đặc biệt: dù mỗi hạt có thể đổ ra bất kỳ mặt nào thì tổng của 2 hạt luôn là 7. Như vậy, trạng thái của một hạt sẽ luôn làm ảnh hưởng tới hạt còn lại, dù khoảng cách giữa chúng có thể tính bằng năm ánh sáng.
Bằng cách tận dụng tính chất này, dịch chuyển lượng tử cho phép trạng thái của một hạt được chuyển tới một hạt khác mà không cần tới một tác động vật lý nào. Nói cách khác, trạng thái hạt có thể “dịch chuyển tức thời” tới vị trí của hạt khác.
Tuy nhiên, để làm được điều đó thì 2 hạt photon cần phải được làm rối với nhau từ trước, và kết nối đặc biệt này phải được giữ trong suốt quá trình thử nghiệm. Theo Science Alert , việc giữ kết nối giữa 2 hạt, tránh bị nhiễu trên kênh cáp quang là thử thách lớn nhất.
Trong bài báo khoa học công bố trên PRX Quantum vào tháng 12/2020, đội ngũ nghiên cứu cho biết đã có thể “kết nối” 2 hạt lượng tử trong khoảng cách tới 44 km, là khoảng cách lớn nhất hiện nay mà vẫn đảm bảo dữ liệu truyền chính xác tới 90%.
Ngoài khoảng cách và độ chính xác dữ liệu, thí nghiệm này cũng rất đặc biệt vì chỉ sử dụng các thiết bị thí nghiệm thông thường, thay vì phải xây dựng thiết bị đặc biệt. Nhờ đó, quá trình triển khai công nghệ vào thực tế có thể dễ dàng hơn.
“Chúng tôi thực sự thích thú với kết quả này. Đây là một bước tiến quan trọng để xây dựng công nghệ cho phép tái định nghĩa mạng lưới truyền thông toàn cầu”, Panagiotis Spentzouris, nhà khoa học lượng tử tại Caltech, đồng tác giả nghiên cứu chia sẻ.
Tương lai là Internet lượng tử
Thí nghiệm trên đã chỉ ra rằng hoàn toàn có thể tạo ra một mạng lượng tử với khoảng cách tương đương 2 đầu thành phố. Tất nhiên, đây vẫn là chuyện của tương lai.
Chìa khóa của Internet lượng tử nằm ở chính bản chất của nó. Thông tin truyền qua mạng lượng tử được mã hóa lượng tử hoàn toàn, chỉ khi bạn biết được trạng thái hạt rối của mình, bạn mới có thể giải mã được thông tin gửi đi và về.
Hiện tượng này có thể được tận dụng để tạo ra Internet lượng tử. Ảnh: Elektor.
Nhờ đó, bạn có thể tạo ra hệ thống liên lạc hoàn toàn bảo mật với mạng lượng tử.
“Thí nghiệm này cho thấy chúng ta đang đặt nền móng để xây dựng một mạng lượng tử đô thị, với kích thước như thành phố Chicago”, ông Spentzouris nhận định.
Tới nay, kể cả những nhà khoa học hàng đầu cũng chưa thể hình dung hoàn chỉnh cách ứng dụng khoa học lượng tử cho một mạng lượng tử. Chúng ta có thể hình dung mạng lượng tử sẽ vượt trội Internet cáp quang hiện nay về tốc độ và độ bảo mật, gần như không thể tấn công vào đường truyền dẫn.
Science Alert nhận định mạng lượng tử trong tương lai gần sẽ giống như một dạng bổ sung cho Internet truyền thống, thay vì thay thế hoàn toàn.
“Chúng tôi rất tự hào khi đạt được bước tiến này, hướng tới việc tạo ra hệ thống dịch chuyển lượng tử tốc độ cao, dễ dàng mở rộng và duy trì. Kết quả sẽ còn tốt hơn với những nâng cấp hệ thống vào quý II/2021”, nhà vật lý Maria Spiropulu từ Caltech, đồng tác giả nghiên cứu nhận định.
