Lần đầu tiên dịch chuyển lượng tử đã được thực hiện thành công với đường cáp quang dài 6 km

Hai đội ngũ khoa học tại Canada và tại Trung Quốc đều đã thành công.

Dịch chuyển lượng tử vừa đặt bước chân đầu tiên ra khỏi phòng thí nghiệm vào thế giới thực. Hai đội ngũ các nhà khoa học độc lập đã thành công trong việc vận chuyển thông tin lượng tử qua một hệ thống cáp quang dài nhiều kilomet tại Calgary, Canada và tại thành phố Hợp Phì, Trung Quốc.

Thí nghiệm thành công này đã chứng minh rằng không chỉ công nghệ dịch chuyển lượng tử là có thực, ta cũng hiểu được rằng công nghệ tạo nên một hệ thống liên lạc lượng tử không-thể-bị-xâm-nhập là hoàn toàn khả thi trong tương lai. Hệ thống ấy có thể trải dài toàn quốc gia, hay thậm chí nối liền các lục địa.

Bản chất của vận chuyển lượng tử dựa vào một trạng thái kì lạ có tên rối lượng tử. Về cơ bản, rối lượng tử có nghĩa rằng hai hạt vật chất được gắn bó chặt chẽ dù chúng cách xa tới mức nào. Trạng thái của một hạt sẽ ngay lập tức ảnh hưởng tới trạng thái của hạt kia qua liên kết chặt chẽ đó. Thiên tài Einstein đã gọi hiện tượng rối lượng tử này là “hoạt động kì quái ở khoảng cách xa”.

Và lợi dụng hành động kì quái dó, việc dịch chuyển lượng tử đã cho phép trạng thái của một hạt được chuyển tới một hạt khác mà không cần tới một tác động vật lý nào.

Đừng nhầm tưởng công nghệ dịch chuyển tức thời giống như trong các phim khoa học viễn tưởng. Dịch chuyển lượng tử là để truyền thông tin chứ không phải vận chuyển con người.

Trong thí nghiệm mới nhất của mình, cả hai đội ngũ các nhà khoa học dù sử dụng những thiết kế và máy móc hơi có chút khác biệt và kết quả cũng không hoàn toàn giống nhau, nhưng về cơ bản, họ đã đều chứng minh được rằng việc dịch chuyển lượng tử hoàn toàn có thể đạt được và họ đã chuyển được thông tin lượng tử qua hệ thống cáp quang. Thông tin hai đầu sẽ 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: điều này sẽ tạo ra được một hệ thống liên lạc hoàn toàn an toàn, bảo mật.

Hình mô tả sự rối của hai hạt lượng tử.

Thí nghiệm lượng tử có thể sẽ quá khó hiểu cho đa số chúng ta, vì vậy nhà khoa học Anil Ananthaswamy đã giải thích một cách đơn giản, về việc ba người A, B và C liên lạc với nhau.

A và B muốn gửi thông tin đã được mã hóa cho nhau và để làm được điều đó, họ cần sự giúp đỡ của C.

A gửi cho C một hạt. B làm rối hai hạt và gửi một trong hai hạt rối đó cho C.

Khi đó C sẽ tính toán đo đạc 2 hạt nhận được từ A và B, để cho hai hạt không khác nhau thì trạng thái hạt của A sẽ được chuyển sang hạt rối của B.

Kết luận lại, thì trạng thái lượng tử hạt của A sẽ được chuyển sang hạt của B, thông qua một trạm trung chuyển mang tên C.

Thử nghiệm của các nhà khoa học Canada cũng theo chu trình như vậy, họ đã có thể truyền thông tin qua một hệ thống cáp quang dài 6,2 km.

“Khoảng cách giữa B và C mới là khoảng cách cần nói tới”, trưởng ban nghiên cứu, Wolfgang Tittel từ Đại học Calgary nói. “Chúng tôi đã cho thấy rằng thử nghiệm này hoàn toàn thành công với một hệ thống cáp quang dài 6,2 km”.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc có thể truyền xa hơn được gấp đôi, khi họ có thể dịch chuyển lượng tử với khoảng cách 12,5 km, nhưng họ có đôi chút khác biệt trong cách thức tiến hành: người ở giữa, C mới là người làm rối hạt và gửi cho B, khác với các nhà khoa học Canada.

Thử nghiệm này tạo ra một đường liên lạc chính xác hơn, và sẽ hoạt động dễ dàng hơn khi một trạm trung tâm (trong ví dụ thì là C) sẽ phải liên tục liên lạc với rất nhiều A và B.

Hệ thống của Canada cũng có những điểm trội riêng của mình, khi mà họ có thể đưa thông tin lượng tử vươn xa hơn, với B hoạt động như một hệ thống lặp lượng tử, cứ thế đưa thông tin tới những điểm nhận khác.

Điểm trừ của cả hai thử nghiệm là họ không thể gửi đi được nhiều thông tin. Và tốc độ truyền tin cũng không cao, các nhà khoa học Canada nhanh hơn khi họ có thể gửi được 17 photon một phút.

Hệ thống dịch chuyển lượng tử này không hề giúp cho việc liên lạc được nhanh hơn, thực tế thì việc bẻ khóa trạng thái lượng tử cần tới một “chìa khóa” riêng, và chìa khóa này chỉ có thể được vận chuyển qua cách thức thông thường.

Dịch chuyển lượng tử không làm việc truyền thông tin được nhanh hơn, mà chỉ đảm bảo an toàn hơn rất nhiều thôi.

Nhưng với điểm đột phá, rằng cả hai đội ngũ nghiên cứu đã có thể truyền tin trên một hệ thống cáp quang có sẵn và truyền được rất xa đã cho chúng ta tin mừng của ngành công nghệ lượng tử. Tất cả những thử nghiệm từ trước đến giờ, chưa thử nghiệm nào ra được khỏi phòng thí nghiệm.

Vẫn còn cần những thử nghiệm, những nghiên cứu nữa trước khi ta đưa hệ thống này ứng dụng vào đời sống thực tế. Nhưng hãy tin tưởng rằng, ngày ấy đã rất gần rồi.

GenK - Tham khảo ScienceAlert