Một nhóm các nhà khoa học ở Trung Quốc đã liên kết kỷ niệm lượng tử trong hơn 30 dặm (50 km) của cáp sợi quang, đánh bại kỷ lục trước đó hơn 40 lần. Chiến công này là một bước quan trọng đối với một mạng internet chống hack, các nhà khoa học cho biết.
Internet chúng ta sử dụng ngày nay thực sự là một phát minh mang tính cách mạng. Nó kết nối thế giới với thông tin và cho phép chúng tôi chia sẻ hàng triệu bức ảnh về những chú mèo dễ thương và đáng yêu. Nhưng internet cũng chứa đầy các tin tặc cố gắng chặn các thông tin quan trọng hoặc nhạy cảm. Để chống lại, các nhà vật lý đã đưa ra một giải pháp, với một chút giúp đỡ từ con mèo Schrödinger, con mèo sống và giả thuyết nổi tiếng, giả thuyết có nghĩa là phơi bày bản chất kỳ lạ của các hạt hạ nguyên tử.
Giải pháp đề xuất đó là một mạng internet mới được cai trị bởi thế giới kỳ quái của cơ học lượng tử. Một mạng internet như vậy một ngày nào đó có thể trở thành tiêu chuẩn để gửi, nhận và lưu trữ dữ liệu một cách an toàn.
Trong thế giới điện toán cổ điển, thông tin được biểu diễn bằng các bit có giá trị 0 hoặc 1. Internet lượng tử, giống như máy tính lượng tử, sẽ tận dụng một trong những tính chất cơ bản của cơ học lượng tử, nguyên lý chồng chất. Nguyên tắc này được mô tả nổi tiếng bằng cách sử dụng nghịch lý của nhà vật lý Erwin Schrödinger về một con mèo trong một chiếc hộp vừa chết vừa sống cùng một lúc. Máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử, hoặc "qubit", có thể tồn tại ở trạng thái chồng chất trong đó chúng có giá trị đồng thời là 1 và 0. Một qubit tồn tại trong trạng thái không chắc chắn này cho đến khi nó được đo bởi một người quan sát, thu gọn qubit thành trạng thái xác định là 0 hoặc 1.
Nếu bạn ghép hai hoặc nhiều qubit với nhau, chúng sẽ bị vướng. Sự vướng víu lượng tử là kết nối thanh tao giữa hai hoặc nhiều hạt sao cho bất kỳ hành động nào được thực hiện trên một tức thời đều ảnh hưởng đến các hạt khác, bất kể chúng cách nhau bao xa. Albert Einstein nổi tiếng gọi hiện tượng này là "hành động ma quái ở khoảng cách xa". Phép thuật thực sự của internet lượng tử sẽ bắt đầu khi thông tin được gửi bằng cách sử dụng các hạt vướng víu, còn được gọi là dịch chuyển tức thời lượng tử.
"Dịch chuyển tức thời lượng tử là một cách để chuyển trạng thái lượng tử không xác định từ hạt này sang hạt khác ở một địa điểm xa, mà không gửi hạt gốc", Jian-Wei Pan, giáo sư vật lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc ở Hefei và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một cuộc phỏng vấn với Tạp chí Khoa học Quốc gia.
Bởi vì các qubit vướng víu không được liên kết về mặt vật lý với nhau dưới bất kỳ hình dạng hoặc hình thức nào, việc chặn các liên lạc giữa chúng là không thể.
Pan và nhóm của ông đã chứng minh sự vướng víu của các hạt ánh sáng, hoặc photon, trên khoảng cách xa trong không gian trống. Trong năm 2017, nhóm nghiên cứu của ông vướng hai photon phân cách bằng 746 dặm (1.200 km) sử dụng một rơle vệ tinh Trái đất quay quanh tên Micius.
Trong thực tế, vướng mắc là một công việc khó khăn. Các nhiễu loạn nhỏ nhất, chẳng hạn như thay đổi nhiệt độ hoặc rung động, có thể phá vỡ liên kết giữa các hạt vướng víu, làm sụp đổ trạng thái chia sẻ của chúng. Để nhận ra một mạng internet lượng tử thực sự, các nhà vật lý sẽ cần phải tranh thủ sự giúp đỡ của cái gọi là ký ức lượng tử.
"Bộ nhớ lượng tử là một thiết bị lưu trữ thông tin lượng tử. Cần lưu trữ sự chồng chất của hai trạng thái", Xiao-Hui Bao, giáo sư vật lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc tại Hefei và đồng tác giả của nghiên cứu, nói. Khoa học sống.
Ký ức lượng tử
Trong nghiên cứu, được công bố ngày 12 tháng 2 trên tạp chí Nature, Pan và các đồng nghiệp đã thành công trong việc vướng vào ký ức lượng tử trên 50 km cáp quang. Kỷ lục trước đây của tách biệt giữa ký ức là 0,8 dặm (1,3 km).
Trong thí nghiệm của nghiên cứu mới, bộ nhớ lượng tử là một tập hợp các nguyên tử rubidium làm mát bằng laser bị mắc kẹt trong chân không, Bao nói. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các photon để đọc và ghi vào đám mây 100 triệu nguyên tử bị bẫy. Các photon được sử dụng để kích thích các nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao hơn, tạo ra các qubit mà các nhà nghiên cứu muốn vướng víu và tạo ra một photon vướng víu để gửi xuống cáp quang. Sau đó, các nhà nghiên cứu cần thay đổi tần số của photon để nó không bị lạc trong 50 km cáp quang được cuộn trong phòng thí nghiệm của họ. Cuối cùng, photon có thể được gửi trên hành trình của nó thông qua cáp để vướng vào thành công bộ nhớ lượng tử thứ hai.
Mặc dù sự vướng víu lượng tử giữa các ký ức đã đạt được, nhóm vẫn chưa thực hiện dịch chuyển tức thời lượng tử thông tin giữa hai nút. Các nhà nghiên cứu cho biết họ hy vọng công việc này sẽ mở đường cho việc tạo ra một mạng lưới các trạm chuyển tiếp lượng tử sẽ mở rộng giao tiếp vướng víu đến khoảng cách xa hơn, cuối cùng dẫn đến một mạng lượng tử quy mô lớn.
