Kỷ lục mới về liên đới lượng tử

Vật lý lượng tử, tức là khoa học về các cấu trúc nhỏ nhất trong vũ trụ, là lĩnh vực đặc biệt kỳ lạ.

Điều thú vị là, nhiều vật dụng hàng ngày (như điện thoại thông minh hay thiết bị GPS) hoạt động dựa trên các hiệu ứng lượng tử. Một trong những lĩnh vực, trong đó các công nghệ lượng tử có thể tiến hóa, đó là thông tin liên lạc.

Với đặc tính đảm bảo “chuyển thông tin tức thời” và kết nối đặc biệt an toàn, liên lạc lượng tử thu hút các nhà nghiên cứu từ nhiều năm nay. Các thí nghiệm mới của các nhà khoa học Trung Quốc đưa chúng ta đến gần hơn với hiện thực hóa giấc mơ lượng tử.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã thực hiện thành công liên đới lượng tử đối với hai bộ nhớ lượng tử ở khoảng cách 22km và 50 km. Bằng cách này, họ đã vượt 1,3 km so với kỷ lục trước đó. Sau khi đạt tới khoảng cách liên đới lượng tử, các nhà khoa học cho rằng, chúng ta sẽ tiến đến gần hơn việc xây dựng mạng lượng tử nguyên thủy.

Bộ nhớ lượng tử (về một mặt nào đó giống với bộ nhớ máy tính của chúng ta) chứa các thông tin lượng tử (các qubit). Các thông tin này được lưu trữ trong 100 triệu nguyên tử rubidium siêu lạnh trong buồng chân không. Tuy nhiên, khác với bit thông thường, các qubit có thể tồn tại trong nhiều trạng thái, gọi là chồng chập lượng tử. Nhờ vậy, các qubit có thể thực hiện đồng thời nhiều phép tính phức tạp.

Thực hiện liên đới lượng tử là công việc đặc biệt phức tạp. Khi 2 vi hạt ở tương đối gần nhau, chúng ảnh hưởng lẫn nhau. Sau khi 2 hạt tách xa nhau ra, việc điều khiển hạt này có liên quan ngay lập tức đối với hạt thứ hai.

Vào năm 2017, các photon liên đới lượng tử được tách ra thành công trên khoảng cách 1.200 km (từ Trái đất lên đến vệ tinh). Tuy nhiên, việc duy trì các hệ thống lớn hơn ở trạng thái liên đới lượng tử hóa ra là rất khó khăn.

Nhà khoa học Jian-Wei ở Trường ĐH Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã thực hiện liên đới lượng tử đối với hệ thống nguyên tử và từng photon đơn lẻ. Sự thay đổi tần số dao động của các photon cho phép gửi chúng đi theo cáp quang để cuối cùng chúng gặp nhau ở điểm trung tâm. Tại đây, các nhà nghiên cứu thực hiện liên đới lượng tử các photon với đám mây điện toán ở cấp độ lượng tử.

Đối với khoảng cách 22 km, cáp quang được lắp đặt dưới mặt đất; còn đối với khoảng cách 50 km, các nhà khoa học thực hiện liên đới lượng tử trong các điều kiện phòng thí nghiệm.

Phát hiện nói trên mở ra hướng đi mới trong phát triển mật mã lượng tử.

Theo Tuấn Sơn
Nauka