Chúng ta vừa tiến một bước gần hơn đến Internet lượng tử thực sự

Dịch chuyển lượng tử vừa đưa chúng ta tiến thêm một bước tới Internet siêu an toàn và siêu nhanh.
Chúng ta vừa tiến một bước gần hơn đến Internet lượng tử thực sự

Các nhà nghiên cứu Hà Lan đã đưa tất cả chúng ta tiến gần hơn một bước tới kết nối internet siêu an toàn, siêu nhanh bằng cách sử dụng công nghệ lượng tử.

Một nhóm tại QuTech, sự hợp tác giữa Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan và Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan, đã đạt được cách truyền thông tin đầu tiên qua một mạng lượng tử rất nhỏ gồm ba nút.

Các nút của mạng được xây dựng bằng cách sử dụng các bộ xử lý lượng tử nhỏ và việc gửi thông tin lượng tử giữa các bộ xử lý này là một trở ngại lớn, nhưng cũng rất cần thiết để khai thác những điều kỳ quặc của cơ học lượng tử để truyền thông tin.

Những gì các nhà nghiên cứu đã làm là tạo ra một "máy dịch chuyển" lượng tử bằng cách sử dụng hai "bộ xử lý" lượng tử vướng víu, được họ chỉ định là Alice và Charlie. Việc chuyển thông tin lượng tử giữa hai bộ xử lý vướng víu không hoàn toàn mới nhưng những nỗ lực trước đó chỉ giới hạn ở các bộ xử lý lượng tử liền kề. Đây là một bước quan trọng, nhưng nếu việc chuyển giao thông tin lượng tử giữa hai điểm trở nên hữu ích về mặt chức năng, thì chúng ta sẽ phải có các điểm ở một khoảng cách nào đó với nhau.

Dịch chuyển lượng tử có khả thi không ?

Nguồn: Marieke de Lorijn cho QuTech

Cuối cùng, tại sao lại làm tất cả những điều này và nó thực sự có ý nghĩa gì? Nhóm QuTech tin rằng họ đã tạo ra một trong những nền tảng cơ bản của internet lượng tử và trong khi chìa khóa quan trọng sẽ là khả năng nhân rộng của công việc này, đây vẫn là những kết quả rất đáng khích lệ.

Ronald Hanson, nhà vật lý Delft, giám sát nhóm QuTech, cho biết trên tờ New York Times: “Hiện chúng tôi đang xây dựng các mạng lượng tử nhỏ trong phòng thí nghiệm.

Điều làm cho ý tưởng về internet lượng tử trở nên hấp dẫn là nó sẽ cho phép truyền dữ liệu dường như tức thời từ nơi này sang nơi khác bằng cách sử dụng một hiện tượng gọi là dịch chuyển lượng tử.

Tiến sĩ Sophie Hermans, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, nói với tạp chí Nature ngày 25/5 rằng: "Ý tưởng về dịch chuyển lượng tử là người ta có thể dịch chuyển thông tin được mang bởi một qubit, nhưng không phải là qubit vật lý". "Để làm được như vậy, người ta cần một trạng thái vướng víu giữa hai qubit do người gửi và người nhận nắm giữ. Trạng thái vướng víu là một tính chất chỉ được biết đến trong cơ học lượng tử, và nó thể hiện một kết nối rất mạnh, ngay cả giữa các qubit rất xa."

Các nhà nghiên cứu tại QuTech dường như đã thực hiện chính xác điều đó bằng cách sử dụng một bộ xử lý thứ ba, được chỉ định là Bob, có khả năng lấy thông tin lượng tử từ Charlie và chuyển nó cho Alice, điều này khiến Charlie và Alice bị vướng vào một cách hiệu quả, cho phép họ chuyển thông tin qua lại.

"Một khi trạng thái vướng víu kết nối được thiết lập, người ta có thể sử dụng nó để dịch chuyển thông tin được lưu trữ trên qubit thứ ba do người gửi nắm giữ. Bằng cách thực hiện một loại phép đo đặc biệt (phép đo Bell), thông tin sẽ biến mất khỏi qubit ở người gửi và xuất hiện trên qubit của người nhận. "

Còn nhiều thứ liên quan hơn nữa, đặc biệt là về cách cuối cùng dữ liệu được nhận, vì vậy "để thông tin có ích", Hermans nói với chúng tôi, "người ta phải thực hiện một thao tác chẳng hạn như đảo ngược một chút, tùy thuộc vào về kết quả của phép đo Bell. "

Dịch chuyển lượng tử không giống như dịch chuyển vật lý được thấy trong khoa học viễn tưởng, mặc dù nó trông rất giống. Sự khác biệt với dịch chuyển lượng tử là không có vật chất nào được chuyển tiếp mà chỉ có thông tin, nhờ một điểm khác biệt trong cơ học lượng tử cho phép hai hạt lượng tử "chia sẻ" một trạng thái lượng tử.

Cách tốt nhất để mô tả trạng thái lượng tử này là nó giống như mô tả một đôi găng tay. Khi bạn nhìn thấy bàn tay nào của một trong những chiếc găng tay đó, bạn sẽ biết cái nào của chiếc găng tay kia, ngay cả khi bạn không bao giờ nhìn thấy nó. Hãy nhớ rằng, đây là một mô tả rất cơ bản về hiện tượng kể cả một thế kỷ sau khi cơ học lượng tử được thành lập, vẫn còn rất nhiều điều chúng ta thực sự chưa biết về thế giới lượng tử, nhưng chúng ta dường như biết đủ rằng chúng ta có thể bắt đầu mở rộng kiến thức vào các ứng dụng thực tế như internet lượng tử.

Dịch chuyển lượng tử có nhanh hơn ánh sáng không ?

ADDVIDEO

Không, thật không may, và có thể là không bao giờ. Điều này là do định lý không liên lạc đặt ra rằng khi một người quan sát thực hiện phép đo lượng tử, thông tin không thể được truyền đến một người quan sát khác ở xa hơn nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

“Thực tế là người nhận cần biết kết quả của phép đo Bell [để thông tin được giải thích], tạo ra nhu cầu truyền đạt những kết quả này,” Hermans nói với chúng tôi. "Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng giao tiếp cổ điển hoặc thông thường, nhưng điều này ngăn cản bất kỳ giao tiếp nhanh hơn so với giao tiếp ánh sáng."

Tuy nhiên, việc truyền tải thông tin nhanh hơn đáng kể so với những gì hiện tại, cụ thể là sợi quang học và các bit kỹ thuật số được mã hóa dưới ánh sáng. Và trong khi nghe có vẻ như ánh sáng sẽ nhanh hơn, nhưng ánh sáng cũng có một vấn đề lớn, đó là sự mất tín hiệu cuối cùng hiện đang cản trở giao tiếp kỹ thuật số cổ điển.

Dịch chuyển lượng tử bảo toàn thông tin này nguyên vẹn thông qua quá trình "dịch chuyển tức thời" và có thêm lợi ích là an toàn hơn. Bởi vì nó là thông tin lượng tử, bất kỳ nỗ lực nào để đánh chặn dữ liệu sẽ khiến nó bị tách rời và không có thông tin thích hợp để giải thích thông tin kết quả, dữ liệu bị chặn sẽ trông giống như các bit ngẫu nhiên. Hơn nữa, bộ thu dự kiến cũng có thể phát hiện ra sự không kết nối này, điều này sẽ báo hiệu rằng kết nối đang bị chặn.

Tuy nhiên, nó vẫn cần nhiều công việc để đưa chúng ta đến điểm đó và chúng ta vẫn còn khoảng một thập kỷ hoặc hơn nữa để có được internet lượng tử thực sự hoạt động, nhưng chúng ta đã tiến gần hơn một bước nữa để biến nó thành hiện thực.

Phạm Tuấn
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM