Các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu quang học lượng tử Max Planck (MPQ) tại Garching, Đức đã chế tạo thành công mạng lượng tử đầu tiên chứa một cặp hạt liên đới lượng tử, có thể truyền thông tin qua mỗi photon đơn lẻ.

Hình ảnh mô phỏng hoạt động truyền thông tin trong mạng lượng tử

Sau nhiều năm nghiên cứu, giáo sư Gerhard Rempe và các cộng sự đã tìm ra phương pháp “kiểu soát tối đa” tất cả các thành phần trong mạng lưới lượng tử được họ phát triển.

Trong đó, việc đầu tiên là kiểm soát 2 nguyên tử tạo thành các nút thụ cảm trong mạng lượng tử, luôn ở trạng thái bất biến bởi nếu 2 nguyên tử này di chuyển tự do thì việc kết nối thông tin giữa các photon sẽ không thể thực hiện được.

“Chúng tôi có thể chứng minh trạng thái lượng tử có thể truyền tải thông tin hiệu quả hơn rất nhiều so với các mạng lưới truyền thông tin truyền thống”, ông Rempe nhận định.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu còn gắn các nguyên tử vào trong những bộ cộng hưởng quang học mà về cơ bản là một cặp gương phản xạ cực cao hoạt động nhờ các tia laser tinh chỉnh.

Việc các nhà khoa học sử dụng gương là vì các photon sẽ di chuyển vào bộ cộng hưởng rung nằm xung quanh gương nhanh gấp vài ngàn lần, đồng thời làm tăng mối tương tác giữa nguyên tử và photon, cũng như giúp các nguyên tử nút hấp thu những gói dữ liệu dùng photon truyền thông tin đạt hiệu quả cao nhất.

Sau khi bẫy và làm cho các nguyên tử trở nên bất biến, các nhà khoa học đã mã hóa thông tin trong một nguyên tử sau đó truyền thông tin này sang nguyên tử thứ hai. Từ đó, họ kết nối những cặp nguyên tử như trên lại với nhau và tạo thành mạng lưới thông tin lượng tử đạt độ chính xác cao.

Trong quá trình nghiên cứu, những cặp nguyên tử như trên được kết nối trong một sợi cáp quang dài 55 m và được đặt trong phòng thí nghiệm cách nhau 18 m.

Mạng lượng tử là một ứng dụng thiết thực trong kỹ thuật mã hóa lượng tử thực nghiệm, liên quan tới việc truyền một thuật toán tới một máy tính, sau đó tự động sử dụng thuật toán này và gửi trả lại mà không cần dùng tới sự can thiệp của con người.

Máy tính lượng tử và mạng lượng tử đều có những ưu điểm vượt trội nhờ các hạt hạ phân tử có thể tồn tại ở cả hai trạng thái “đóng” và “mở”, tương tự như phương pháp nhị phân trong máy tính kỹ thuật số.

Máy tính sử dụng năng lượng lượng tử và các gói dữ liệu sử dụng photon đơn lẻ được nhóm khoa học MPQ phát triển hứa hẹn sẽ hoạt động năng suất hơn và an toàn hơn so với những bộ phận không sử dụng công nghệ lượng tử hiện đang được sử dụng trong các loại chip PC và các thiết bị cơ sở hạ tầng mạng hiện nay.

Điều quan trọng là các nhà khoa học cần tính toán kỹ lượng để giúp máy tính lượng tử và mạng lượng tử có thể hoạt động vượt xa hiệu quả của máy tính kỹ thuật số, cũng như giảm tối đa chi phí sản xuất loại máy tính hiện đại này.

tần khanh