Có tồn tại một mạng mà trong đó việc truyền dữ liệu được bảo mật hoàn toàn chống lại các hacker? Nếu các nhà vật lý tiếp tục những bước tiến như trong nghiên cứu này, một ngày nào đó nó sẽ trở thành hiện thực với sự trợ giúp của hiện tượng cơ lượng tử được gọi là hiện tượng vướng víu. Đối với các hạt vướng víu, quy tắc là: Nếu bạn đo trạng thái của một trong các hạt, thì bạn sẽ tự động biết trạng thái của hạt kia, không phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt vướng víu với nhau. Đây là một trạng thái lý tưởng để truyền thông tin trên một khoảng cách xa theo cách khiến cho việc nghe trộm là không thể.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành ghép hai bộ nhớ lượng tử qua một kết nối cáp quang dài 33 km. Đây là khoảng cách xa nhất từ ​​trước đến nay mà con người có thể quản lý sự vướng víu lượng tử trên cáp quang viễn thông. Sự vướng víu lượng tử được điều chỉnh thông qua các photon do hai bộ nhớ lượng tử phát ra. Một bước quyết định là các nhà nghiên cứu đã chuyển bước sóng của các hạt ánh sáng phát ra thành một giá trị được sử dụng cho viễn thông thông thường. Bằng cách này có thể giảm thiểu đáng kể sự mất mát của các photon và tạo ra các rối lượng tử vướng víu ngay cả trên khoảng cách dài của cáp quang.

Nói chung, mạng lượng tử bao gồm các nút của bộ nhớ lượng tử riêng lẻ - chẳng hạn như nguyên tử, ion hoặc các lỗ trống trong mạng tinh thể. Các nút này có thể nhận, lưu trữ và truyền các trạng thái lượng tử. Sự tương tác giữa các nút có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các hạt ánh sáng được trao đổi qua không khí hoặc thông qua kết nối cáp quang. Đối với thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu sử dụng một hệ thống bao gồm hai nguyên tử rubidi trong hai phòng thí nghiệm của Đại học LMU. Hai địa điểm này được kết nối thông qua một sợi cáp quang dài 700 m. Bằng cách thêm các sợi phụ trên cuộn dây, có thể đạt được các kết nối dài tới 33 km.

Một xung laser kích thích các nguyên tử, sau đó chúng tự phát trở lại trạng thái cơ bản, mỗi nguyên tử phát ra một photon. Do bảo toàn momen động lượng, spin của nguyên tử bị cuốn theo sự phân cực của photon phát ra của nó. Sau đó, những hạt ánh sáng này có thể được sử dụng để tạo ra một liên kết cơ lượng tử của hai nguyên tử. Để làm được điều này, các nhà khoa học đã gửi chúng qua cáp quang tới một trạm thu, nơi phép đo chung của các photon cho thấy có sự vướng víu của bộ nhớ lượng tử.

Có một vấn đề là hầu hết các bộ nhớ lượng tử đều phát ra ánh sáng có bước sóng trong phạm vi khả kiến ​​hoặc cận hồng ngoại. Trong sợi quang học, những photon này chỉ truyền được vài km trước khi chúng bị mất đi. Vì lý do này, các nhà khoa học đã tối ưu hóa bước sóng của các photon cho hành trình của chúng trong dây cáp. Sử dụng hai bộ chuyển đổi tần số lượng tử, họ đã tăng bước sóng ban đầu từ 780 nanomet lên bước sóng 1.517 nanomet. Đây là bước sóng gần với bước sóng viễn thông khoảng 1.550 nanomet. Dải viễn thông là dải tần mà sự truyền ánh sáng trong sợi quang có tổn hao thấp nhất. Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành việc chuyển đổi với hiệu suất chưa từng có là 57%.

Bên cạnh đó, ý nghĩa của thí nghiệm nằm ở sự vướng của hai hạt đứng yên - nghĩa là các nguyên tử có chức năng như bộ nhớ lượng tử. Điều này khó hơn nhiều so với việc tạo vướng víu các photon, nhưng nó mở ra nhiều khả năng ứng dụng hơn. Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng hệ thống mà họ phát triển có thể được sử dụng để xây dựng các mạng lượng tử quy mô lớn và để thực hiện các giao thức truyền thông lượng tử an toàn. Thử nghiệm này có thể là một bước quan trọng trên con đường dẫn đến Internet lượng tử dựa trên cơ sở hạ tầng cáp quang hiện có. Chi tiết tham khảo tại:

Tim van Leent, Matthias Bock, Florian Fertig, Robert Garthoff, Sebastian Eppelt, Yiru Zhou, Pooja Malik, Matthias Seubert, Tobias Bauer, Wenjamin Rosenfeld, Wei Zhang, Christoph Becher, Harald Weinfurter. Entangling single atoms over 33 km telecom fibre. Nature, 2022; 607 (7917): 69 DOI: 10.1038/s41586-022-04764-4.

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn