Ứng dụng và đời sống

Dịch chuyển tức thời lượng tử qua chính cáp quang Internet được các kỹ sư Đại học Northwestern vừa hé lộ là một bước nhảy vọt, mở đường cho kỷ nguyên mạng lượng tử.

Khi nhắc đến “dịch chuyển tức thời”, nhiều người thường nghĩ ngay đến các bộ phim khoa học viễn tưởng, nơi con người hoặc đồ vật biến mất ở điểm A rồi xuất hiện tức thì tại điểm B. Thế nhưng, trong thế giới cơ học lượng tử, “dịch chuyển tức thời” lại là một khái niệm hoàn toàn có thật, gắn liền với hiện tượng “vướng víu lượng tử”, hai hạt tách rời vẫn có thể tương tác và truyền thông tin cho nhau trong chớp mắt.

Và mới đây, các kỹ sư tại Đại học Northwestern, do Giáo sư Prem Kumar dẫn đầu, đã khiến cộng đồng khoa học bất ngờ khi chứng minh rằng dịch chuyển tức thời lượng tử có thể thực hiện ngay trên cáp quang bình thường vốn đang truyền dữ liệu Internet hàng ngày.

Công trình đột phá này được công bố trên tạp chí Optica, đánh dấu lần đầu tiên dịch chuyển tức thời lượng tử diễn ra đồng thời với lưu lượng truy cập mạng khổng lồ. Về cơ bản, nhóm nghiên cứu đã khai thác hiện tượng vướng víu, truyền thông tin lượng tử thông qua trạng thái chung của các hạt. Ưu điểm to lớn nằm ở chỗ, họ không hề cần một mạng cáp quang chuyên dụng để thực hiện thí nghiệm. Thay vào đó, họ tận dụng chính hệ thống sợi quang đã có sẵn, cho thấy truyền thông lượng tử và truyền thông cổ điển có thể song hành trên cùng một “con đường” mà không gây cản trở nhau quá mức.

Nền tảng cho bước tiến này xuất phát từ ý tưởng, nếu có thể duy trì trạng thái vướng víu trong điều kiện sợi quang “tấp nập” tín hiệu Internet, các ứng dụng lượng tử trong tương lai sẽ tiết kiệm vô số nguồn lực xây dựng cơ sở hạ tầng riêng. Đương nhiên, thách thức lớn nhất là làm sao bảo vệ các hạt vướng víu khỏi nhiễu và tán xạ ánh sáng, những hiệu ứng thường xảy ra khi nhiều tín hiệu đan xen trong một sợi quang duy nhất. Giáo sư Prem Kumar và các đồng sự đã giải quyết vấn đề bằng cách chọn bước sóng 1290 nanomet, ít bị “tắc nghẽn” so với vùng băng tần C (1547 nanomet) vốn đang “quá tải” do lưu lượng Internet.

Nhóm nghiên cứu cẩn thận triển khai một đoạn cáp quang dài 30.2 km, qua đó truyền đồng thời hai luồng: luồng tín hiệu lượng tử (sử dụng các cặp photon vướng víu) và luồng dữ liệu tốc độ 400 Gbps. Ở khoảng cách giữa đường truyền, các kỹ sư đặt thiết bị đo lường đặc biệt, nhằm xác thực xem trạng thái vướng víu có còn nguyên vẹn hay không. Nếu sự vướng víu bị “rửa trôi”, thông tin lượng tử sẽ không thể dịch chuyển thành công. Kết quả là, dù dòng dữ liệu Internet vẫn tấp nập chạy qua, các phép đo cho thấy trạng thái vướng víu vẫn tồn tại, đồng nghĩa dịch chuyển tức thời đã thực sự diễn ra.

Jordan Thomas, nghiên viên tiến sĩ và tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ rằng lợi thế mấu chốt nằm ở việc không phải “xây mới” đường cáp. Khi dịch chuyển tức thời lượng tử và truyền thông Internet có thể “sống chung” trên cùng một hệ thống, viễn cảnh về mạng lượng tử quy mô lớn, bảo mật và dễ triển khai hơn trở nên khả thi. Dịch chuyển lượng tử còn được coi là nền tảng cho nhiều ứng dụng hứa hẹn như điện toán lượng tử phân tán hay liên lạc mã hóa không thể phá giải. Bởi thông tin không truyền trực tiếp qua không gian, nguy cơ bị đánh cắp dữ liệu gần như bằng không.