Những tiến bộ trong khoa học thông tin lượng tử đã mang đến khả năng phát triển mạng Internet lượng tử cho phép truyền tải thông tin qua các photon ở các trạng thái được gọi là qubit, thay vì 0 và 1 mà các mạng truyền thống ngày nay đang sử dụng để truyền tải thông tin.

        Trong vài thập kỷ gần đây, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã đạt được những bước tiến lớn trong việc xây dựng mạng Internet lượng tử. Trong khi nhiều nhóm nghiên cứu đã bắt đầu thử nghiệm mạng Internet lượng tử với quy mô nhỏ (cỡ vài dặm), có một trở ngại lớn trong xây lượng các mạng lượng tử lớn hơn nằm ở việc phát triển một thiết bị mang tính chìa khóa trong phần cứng.

        Sự hấp dẫn của mạng lượng tử nằm ở cả ứng dụng thực tế ngay lập tức và những tiến bộ tiềm năng cho nghiên cứu khoa học cơ bản. Một trong những ứng dụng rõ ràng nhất là khả năng gửi tin nhắn an toàn mà không có mối đe dọa từ những kẻ nghe trộm. Bởi vì thông tin được mã hóa với sự chồng chất của các trạng thái lượng tử, bất kỳ sự can thiệp nào vào tin nhắn đang được gửi cũng sẽ làm cho các hàm sóng của qubit sụp đổ, báo hiệu rằng tin nhắn đã bị can thiệp.

        Qubits cũng có thể mã hóa nhiều thông tin hơn các bit cổ điển, vì vậy các mạng lượng tử có khả năng truyền mật độ thông tin cao hơn một cách hiệu quả hơn. David Awschalom, một nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago và Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, người đang tham gia một nỗ lực phát triển mạng lượng tử ở khu vực Chicago, cho biết đây là một cách hoàn toàn mới để kết nối thông tin. Mạng lượng tử có thể thúc đẩy sự phát triển trong công nghệ viễn thám và kính viễn vọng cũng như các ứng dụng mà các nhà khoa học thậm chí còn chưa nhận ra. Một mạng Internet lượng tử có thể trở thành một cuộc cách mạng khác như đã từng xảy ra với internet cổ điển, theo bà Gabriella Carini, một nhà tổ chức hội thảo về Internet lượng tử có tên gọi "Quantum Internet Blueprint Workshop".

        Tuy nhiên, chính các tính chất làm cho mạng lượng tử trở nên hữu ích cũng đem lại không ít thách thức để đạt được. Các mạng trên mặt đất, dù là cổ điển hay lượng tử, thường sử dụng sợi quang để định hướng thông tin từ nơi này sang nơi khác dưới dạng photon. Khi các photon truyền qua mạng, một số sẽ bị mất theo thời gian do các tạp chất có trong sợi quang và làm suy yếu tín hiệu. Trong các mạng cổ điển, các thiết bị được gọi là bộ lặp có thể phát hiện tín hiệu liên tục, khuếch đại tín hiệu và gửi lại tín hiệu. Nhưng đối với thông tin được mang theo bởi các photon trong sự chồng chất của các trạng thái lượng tử, hoặc qubit, thì không thể đọc được tín hiệu mà không làm nhiễu nó.

        Chìa khóa của truyền thông lượng tử đường dài, các nhà nghiên cứu cho biết, là tìm ra cách xây dựng một bộ lặp lượng tử tương tự bộ lặp ở các mạng cổ điển đang sử dụng. Nếu không có bộ lặp lượng tử, một qubit thường sẽ chỉ có thể đi qua một vài dặm hoặc cùng lắm là lên đến khoảng 100 dặm theo đường truyền của sợi quang, mà điều này là quá ngắn cho các mạng internet diện rộng.

       Eden Repueroa của Đại học Stony Brook, New York và Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven cho biết, bộ lặp lượng tử này cũng quan trọng đối với lĩnh vực truyền thông lượng tử như chính máy tính lượng tử dành cho lĩnh vực điện toán lượng tử.

        Nhưng các bộ lặp lượng tử phức tạp hơn nhiều so với các bộ lặp cổ điển và chưa có ai tạo ra một bộ có thể đưa vào hoạt động được. Tôi nghĩ rằng vẫn còn một thời gian nữa trước khi nó có thể trở thành một công nghệ thực tế, theo ông Jian-Wei Pan thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc. Ở Trung Quốc, Pan và các nhà nghiên cứu khác đã đạt được tiến bộ về mạng lượng tử ngay cả khi không có bộ lặp lượng tử. Một ví dụ là mạng cáp quang dài 1200 dặm được xây dựng để kết nối Bắc Kinh và Thượng Hải. Nhưng vì nó không có bộ lặp lượng tử, nên mạng này không được mã hóa lượng tử hoàn toàn từ đầu đến cuối mà có một số nút dọc theo tuyến đường nơi thông tin được giải mã và sau đó được mã hóa lại. Các nút này là một giải pháp tạm thời, Pan cho biết, trong khi các nhà nghiên cứu làm việc để phát triển các bộ lặp lượng tử.

Minh họa bộ lặp lượng tử

        Một cách khác tạm thời xung quanh việc không có bộ lặp lượng tử là sử dụng các vệ tinh. Đầu tháng này, Pan và các nhà nghiên cứu khác ở Trung Quốc thông báo rằng họ đã có thể sử dụng một vệ tinh để chuyển một “chìa khóa” lượng tử giữa hai trạm mặt đất cách nhau khoảng 700 dặm.

        Ở Mỹ, các nhà nghiên cứu đang xây dựng và thử nghiệm các mạng lượng tử nhỏ ở các địa điểm gần Chicago, Boston và New York. Một trong số đó là một mạng lưới kết nối giữa Đại học Stony Brook và Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven mà nhóm của Figueroa đã làm việc trong một vài năm. Nhưng ngay cả trước khi xây dựng mạng lưới liên trường, Figueroa và các đồng nghiệp đã nghiên cứu phát triển phần cứng để truyền thông tin lượng tử. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này từ lâu đã biết rằng các bộ lặp lượng tử sẽ cần thiết cho các mạng lượng tử, Figueroa nói, nhưng công nghệ thực sự giải quyết vấn đề chưa ra đời cho đến gần đây. Mục tiêu là trong vài năm tới cố gắng để đưa vào thử nghiệm một bộ lặp lượng tử trong lĩnh vực này.

        Vẫn còn nhiều câu hỏi cần giải quyết trước khi các nhà nghiên cứu có thể đánh giá liệu Internet lượng tử trên nước Mỹ có khả thi hay không, Figueroa nói, liệu họ có thể thiết kế các bộ lặp lượng tử hoạt động đủ tốt bên ngoài phòng thí nghiệm hay không và liệu nó có khả thi để tạo ra một lượng lớn các phần cứng cần thiết. Đó là những câu hỏi mà ngay bây giờ, không có câu trả lời. Chúng cần phải được trả lời trước khi chúng tôi có thể đưa ra tuyên bố rằng mạng Internet lượng tử này có thể được xây dựng hay không.

(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: http://imc.org.vn