Thảo Nông
Writer
Ai mà nghĩ được một ngày chúng ta có thể truyền thông lượng tử qua những sợi cáp quang cũ kỹ vốn chỉ quen “gánh gồng” Internet! Nhưng các kỹ sư Đại học Northwestern đã biến điều tưởng chừng như chỉ có trong phim viễn tưởng thành sự thật. Họ vừa đạt được kỳ tích trong việc truyền dữ liệu lượng tử song song với dữ liệu cổ điển, mở ra tương lai giao tiếp lượng tử mà không cần đập bỏ toàn bộ cơ sở hạ tầng cũ.
Trong thế giới lượng tử, khái niệm rối lượng tử là một câu chuyện tình cảm động: hai hạt dù xa nhau cả năm ánh sáng vẫn có thể “thần giao cách cảm”, trạng thái của hạt này thay đổi thì hạt kia lập tức "cập nhật". Nhưng trước khi mừng rỡ nghĩ rằng chúng ta sắp có "wifi ánh sáng", hãy nhớ rằng vật lý lượng tử vẫn giữ vững nguyên tắc: thông tin không thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Điều thú vị nằm ở chỗ, giao tiếp lượng tử không phải là truyền thông tin trực tiếp. Thay vào đó, nó sử dụng dịch chuyển lượng tử (quantum teleportation) để chuyển trạng thái lượng tử của một hạt sang một hạt khác thông qua hiện tượng rối lượng tử, kết hợp với kênh truyền cổ điển như Internet. Theo Jordan Thomas, thành viên của nhóm nghiên cứu, điều này yêu cầu một phép đo "phá hủy" (destructive measurement) trên hai photon: một photon chứa trạng thái lượng tử và một photon liên kết rối với photon đích. Kết quả? Trạng thái lượng tử "dịch chuyển" sang photon cuối mà không cần ai phải… gói ghém rồi ship đi.
Thách thức lớn nhất là làm sao để giao tiếp lượng tử chung sống hòa bình với tín hiệu cổ điển trên cùng một sợi cáp quang. Hãy tưởng tượng hàng tỷ photon chen chúc nhau trên cáp quang mỗi giây; nguy cơ “va chạm giao thông” và tạo ra nhiễu là điều không thể tránh khỏi. Nhóm nghiên cứu của Đại học Northwestern đã tìm ra cách chọn lọc các bước sóng cụ thể có mức độ nhiễu thấp, cho phép photon lượng tử truyền tải mà không bị "tắc đường".
Đặc biệt, họ đã thực hiện phép đo trạng thái Bell (Bell state measurement) ngay tại điểm giữa cáp quang để tăng hiệu quả truyền dữ liệu. Kết quả là dữ liệu lượng tử được truyền qua đoạn cáp dài 30,2km, song song với tốc độ truyền tải 400 Gbps dữ liệu cổ điển – một con số không tưởng.
Dù thành tựu này cực kỳ ấn tượng, việc áp dụng giao tiếp lượng tử vào thực tế vẫn là một chặng đường dài. Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Prem Kumar cho biết, bước tiếp theo sẽ là sử dụng hai cặp photon rối thay vì chỉ một cặp như hiện tại, cũng như mở rộng thử nghiệm trên mạng lưới cáp quang thực tế.
Không chỉ dừng lại ở việc chứng minh khả năng, nghiên cứu này còn mở ra một giấc mơ lớn: tích hợp công nghệ lượng tử với hạ tầng hiện có. Nếu mọi thứ diễn ra đúng kế hoạch, giao tiếp lượng tử không chỉ cách mạng hóa truyền thông mà còn đặt nền móng cho một tương lai nơi những khái niệm khoa học viễn tưởng như máy tính lượng tử hay mạng lưới lượng tử toàn cầu trở thành hiện thực.
Đến đây, có lẽ chúng ta nên bắt đầu nhìn sợi cáp quang trong nhà với ánh mắt cảm phục: không chỉ là anh công nhân cần mẫn của thời đại Internet, giờ đây nó còn là cánh cửa dẫn vào một tương lai lượng tử thần kỳ.
Rối lượng tử: Tình yêu xa không cần ánh sáng!
Trong thế giới lượng tử, khái niệm rối lượng tử là một câu chuyện tình cảm động: hai hạt dù xa nhau cả năm ánh sáng vẫn có thể “thần giao cách cảm”, trạng thái của hạt này thay đổi thì hạt kia lập tức "cập nhật". Nhưng trước khi mừng rỡ nghĩ rằng chúng ta sắp có "wifi ánh sáng", hãy nhớ rằng vật lý lượng tử vẫn giữ vững nguyên tắc: thông tin không thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Điều thú vị nằm ở chỗ, giao tiếp lượng tử không phải là truyền thông tin trực tiếp. Thay vào đó, nó sử dụng dịch chuyển lượng tử (quantum teleportation) để chuyển trạng thái lượng tử của một hạt sang một hạt khác thông qua hiện tượng rối lượng tử, kết hợp với kênh truyền cổ điển như Internet. Theo Jordan Thomas, thành viên của nhóm nghiên cứu, điều này yêu cầu một phép đo "phá hủy" (destructive measurement) trên hai photon: một photon chứa trạng thái lượng tử và một photon liên kết rối với photon đích. Kết quả? Trạng thái lượng tử "dịch chuyển" sang photon cuối mà không cần ai phải… gói ghém rồi ship đi.
Cáp quang cũ kỹ, nhiệm vụ mới toanh
Thách thức lớn nhất là làm sao để giao tiếp lượng tử chung sống hòa bình với tín hiệu cổ điển trên cùng một sợi cáp quang. Hãy tưởng tượng hàng tỷ photon chen chúc nhau trên cáp quang mỗi giây; nguy cơ “va chạm giao thông” và tạo ra nhiễu là điều không thể tránh khỏi. Nhóm nghiên cứu của Đại học Northwestern đã tìm ra cách chọn lọc các bước sóng cụ thể có mức độ nhiễu thấp, cho phép photon lượng tử truyền tải mà không bị "tắc đường".
Đặc biệt, họ đã thực hiện phép đo trạng thái Bell (Bell state measurement) ngay tại điểm giữa cáp quang để tăng hiệu quả truyền dữ liệu. Kết quả là dữ liệu lượng tử được truyền qua đoạn cáp dài 30,2km, song song với tốc độ truyền tải 400 Gbps dữ liệu cổ điển – một con số không tưởng.
Tương lai giao tiếp lượng tử: Mới chỉ là khởi đầu
Dù thành tựu này cực kỳ ấn tượng, việc áp dụng giao tiếp lượng tử vào thực tế vẫn là một chặng đường dài. Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Prem Kumar cho biết, bước tiếp theo sẽ là sử dụng hai cặp photon rối thay vì chỉ một cặp như hiện tại, cũng như mở rộng thử nghiệm trên mạng lưới cáp quang thực tế.
Không chỉ dừng lại ở việc chứng minh khả năng, nghiên cứu này còn mở ra một giấc mơ lớn: tích hợp công nghệ lượng tử với hạ tầng hiện có. Nếu mọi thứ diễn ra đúng kế hoạch, giao tiếp lượng tử không chỉ cách mạng hóa truyền thông mà còn đặt nền móng cho một tương lai nơi những khái niệm khoa học viễn tưởng như máy tính lượng tử hay mạng lưới lượng tử toàn cầu trở thành hiện thực.
Đến đây, có lẽ chúng ta nên bắt đầu nhìn sợi cáp quang trong nhà với ánh mắt cảm phục: không chỉ là anh công nhân cần mẫn của thời đại Internet, giờ đây nó còn là cánh cửa dẫn vào một tương lai lượng tử thần kỳ.
