Lần đầu tiên thực hiện được Dịch chuyển lượng tử giữa Trái Đất và vệ tinh

Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc đã thành công trong việc dịch chuyển lượng tử một photon từ Trái Đất lên một vệ tinh cao 500km. Điều này giúp đặt nền móng cho các hệ thống internet lượng tử ở mức độ toàn cầu trong tương lai.

(ảnh: Pixabay)
(ảnh: Pixabay)

Dịch chuyển lượng tử là gì?

Thuật ngữ này (quantum teleportation) không giống như các loại hình dịch chuyển tức thời mà người ta hay thấy trên phim ảnh, mà nó là một quá trình chuyển giao thông tin lượng tử từ một hạt cho tới một hạt khác trong khi chúng ở rất xa nhau. Về cơ bản nó dựa trên hiện tượng “rối lượng tử” – trong đó trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể là thay đổi đồng thời với nhau, bất kể khoảng cách giữa chúng là bao xa.

Dịch chuyển lượng tử bao gồm: làm cho 2 hạt có quan hệ “rối lượng tử” với nhau, sau đó gửi một hạt đi thật xa, rồi thay đổi trạng thái của một hạt và quan sát sự thay đổi ở hạt còn lại. Như vậy, thông tin hai đầu sẽ được mã hóa lượng tử hoàn toàn, chỉ khi bạn biết được trạng thái hạt rối của mình, bạn mới có thể giải mã được thông tin gửi đi và về: điều này sẽ tạo ra được một hệ thống liên lạc hoàn toàn an toàn, bảo mật.

>> 5 khám phá khoa học thách thức các định luật vật lý hiện có

Những bước tiến của dịch chuyển lượng tử

Vào đầu thập niên 1990, các nhà khoa học mới chỉ phỏng đoán rằng khả năng dịch chuyển lượng tử là khả thi. Giờ đây, quá trình này đã trở thành một tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm quang học lượng tử khắp thế giới.

Chỉ trong 2 năm qua, hai nhóm nghiên cứu riêng biệt đã tiến hành thành công dịch chuyển lượng tử ở bên ngoài phòng thí nghiệm.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu của Trung Quốc đã đẩy quá trình này lên một bước mới: gửi một photon từ Trái Đất lên vệ tinh cao 500km.

Vệ tinh mang tên Micius này là một trạm thu có độ nhạy cao, có thể phát hiện trạng thái lượng tử của một photon bắn lên từ mặt đất. Vệ tinh này đã được phóng lên để phục vụ mục đích kiểm tra nhiều công nghệ lượng tử nền tảng như: rối lượng tử, mã hóa và dịch chuyển lượng tử.

Như vậy, thành công này đã thiết lập hệ thống mạng lưới lượng tử vệ tinh-mặt đất đầu tiên, ở khoảng cách vượt xa kỷ lục 14km thiết lập vào năm 2016.

Sơ đồ của thí nghiệm (ảnh qua Inverse.com)
Sơ đồ của thí nghiệm (ảnh qua Inverse.com)

“Dịch chuyển khoảng cách xa được xem là yếu tố nền tảng trong các giao thức như mạng lưới lượng tử quy mô lớn và tính toán phân tán lượng tử (sử dụng nhiều thiết bị tính toán trên một mạng để thực hiện một nhiệm vụ chung – ND),” nhóm nghiên cứu Trung Quốc phát biểu với trang MIT Technology Review. “Các thí nghiệm dịch chuyển trước đây đều bị giới hạn ở khoảng cách 100km, bởi photon bị mất trong sợi cáp quang hoặc những kênh dẫn dưới mặt đất khác.”

Để thực hiện, ban đầu, nhóm nghiên cứu đã làm cho các cặp photon có “rối lượng tử” với tốc độ khoảng 4000 cặp/giây. Sau đó họ bắn một nửa lên vệ tinh, và giữ lại một nửa. Cuối cùng họ đo lường các photon trên mặt đất và trên vệ tinh để xác nhận hiện tượng rối lượng tử vẫn đang xảy ra.

Trong lý thuyết thì không có giới hạn trong khoảng cách vận chuyển, nhưng hiện tượng rối lượng tử khá mong manh và kết nối có thể bị đứt dễ dàng. Tuy nhiên, tiềm năng của nghiên cứu này là rất lớn, ví như tạo lập các mạng internet lượng tử ở quy mô toàn cầu trong tương lai.

Theo Futurism, Inverse,
Phong Trần tổng hợp

Xem thêm: