Xác lập kỷ lục mới về dịch chuyển lượng tử, đặt nền móng cho mạng Internet lượng tử trong tương lai

Các nhà khoa học đã sử dụng dịch chuyển lượng tử để gửi thông tin trên một khoảng cách xa, với độ trung thực cao hơn bao giờ hết.

Một mạng internet lượng tử sẽ nhanh hơn và an toàn hơn nhiều so với hệ thống mạng internet mà bạn đang sử dụng ngay giây phút này. Và bây giờ, nền tảng của một hệ thống mạng như vậy có thể đã tiến gần hơn một bước đến với thực tế. Và mới đây, các nhà khoa học đã sử dụng dịch chuyển lượng tử để gửi thông tin trên một khoảng cách xa, với độ trung thực cao hơn bao giờ hết.

Về mặt khoa học, nó dựa trên một hiện tượng có tên là liên đới lượng tử, hay rối lượng tử. Đó là một hiện tượng kỳ lạ nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, nhưng lại tồn tại trong cơ học lượng tử. Về cơ bản, hai hoặc nhiều hạt có thể quấn vào nhau bền chắc đến mức thay đổi trạng thái của một hạt sẽ thay đổi ngay lập tức trạng thái của các hạt đối tác của nó - bất kể khoảng cách giữa chúng là bao xa.

Cơ chế này - thứ mà Einstein tự gọi là "ma quái" - có thể được khai thác để tạo ra các mạng lượng tử. Các cặp photon có thể bị quấn vào nhau và tách rời nhau, cho phép dữ liệu được "dịch chuyển" giữa chúng trong một khoảng cách dài. Và một hệ quả của nó là tạo ra một hệ thống mạng an toàn hơn. Bởi vì bất kỳ ai cố gắng chặn dòng dữ liệu thu được đều không thể nghe trộm đường truyền, vì bất kỳ nỗ lực quan sát hệ lượng tử nào cũng làm thay đổi hệ thống lượng tử đó và những thay đổi trạng thái lượng tử do cố gắng đọc trái phép sẽ bị phát hiện ngay lập tức.

Một mạng internet lượng tử mới có thể được xây dựng bằng các thành phần sẵn có và cơ sở hạ tầng hiện tại.

Và mới đây, các nhà nghiên cứu tại Fermilab, AT&T, Caltech, Harvard, NASA JPL và Đại học Calgary đã chứng minh được khả năng dịch chuyển lượng tử một cách bền vững và rất chính xác trong khoảng cách xa. Nhóm nghiên cứu đã gửi thông tin qua khoảng cách 44km với độ trung thực hơn 90%, một kỷ lục mới cho khoảng cách này.

Để làm được như vậy, nhóm đã thêm một "nút" thứ ba ở giữa người gửi và người nhận. Để lấy thông tin từ A đến B, trước tiên cả hai bên gửi một photon đến C. Người nhận B sẽ gửi một phần tử của một cặp vướng lượng tử và giữ phần còn lại. Khi các photon của A và B gặp nhau tại C, chúng bị vướng vào nhau, do đó thông tin từ photon của A được chuyển tới cả hai photon của B - photon mà nó gửi đi và photon mà nó giữ lại - nhờ liên kết vướng lượng tử. Trên thực tế, nó về cơ bản giống như dịch chuyển thông tin từ A đến B.

Đó không phải là khoảng cách xa nhất mà dịch chuyển lượng tử đã đạt được. Vào năm 2015, thông tin đã được dịch chuyển qua sợi quang ở khoảng cách hơn 100 km, và vào năm 2017 các nhà khoa học Trung Quốc đã phá kỷ lục bằng dịch chuyển dữ liệu qua khoảng cách 1.200 km nhờ sử dụng một vệ tinh là trung điểm.

Nhưng so với các thí nghiệm mới trước, kết quả của thí nghiệm gần đây đã đánh dấu một bước đột phá về độ chính xác trong khoảng cách dài là 90%. Ví dụ, kỷ lục 100km có độ chính xác khoảng 80%, kỷ lục 1.200km có độ chính xác khoảng 0,869 ± 0,085. Nhóm nghiên cứu cũng nói rằng thiết lập thử nghiệm chủ yếu bao gồm các thành phần sẵn có, có nghĩa là một mạng Internet lượng tử trong tương lai sẽ có thể được xây dựng bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí PRX Quantum.