Nhóm các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi và năm tổ chức khác tuyên bố đạt được khả năng 'dịch chuyển lượng tử' đường dài, ổn định với độ trung thực (độ chính xác dữ liệu) lớn hơn 90%.
Các nhà khoa học cho biết đã thành công dịch chuyển qubit bằng
photon trên khoảng cách 44 km (27 dặm) qua mạng sợi quang sử dụng máy dò đơn
photon dây nano siêu dẫn độ nhiễu thấp tiên tiến nhất (state-of-the-art) và thiết
bị quang học có sẵn trên thị trường. Công trình nghiên cứu được công bố trên
trang PRX Quantum, bao gồm mô hình lý thuyết về phương pháp thiết lập thử nghiệm.
Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng minh khả năng dịch
chuyển của các photon với độ chính xác cao trên khoảng cách xa như vậy.
Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học thuộc Phòng
thí nghiệm Fermi (phòng thí nghiệm quốc gia Bộ Năng lượng Mỹ liên kết với Đại học
Chicago), Phòng thí nghiệm Lực đẩy Phản lực của NASA (JPL), Caltech (Viện công
nghệ California), AT&T, Đại học Harvard và Đại học Calgary ở Canada.
Nhóm nhà khoa học đã thực hiện thành công dịch chuyển qubit
trên hai hệ thống: Mạng lượng tử Fermilab và Mạng lượng tử Caltech. Hai hệ thống
được xây dựng và triển khai trong khuôn khổ chương trình nghiên cứu công tư của
Caltech (Công nghệ và Mạng lượng tử Thông minh (IN-Q-NET).
Phân tích tính chính xác dữ liệu dịch chuyển lượng tử của
CQNET bằng phần mềm thu thập dữ liệu thời gian thực.
Một
sơ đồ của hệ thống dịch chuyển lượng tử bao gồm Alice, Bob, Charlie và các hệ
thống con thu thập dữ liệu (DAQ).
Các nhà khoa học vô cùng hào hứng với kết quả đạt được, có
thể mở đường phát triển công nghệ này là một cuộc cách mạng "xác định lại phương
thức thực hiện giao tiếp toàn cầu".
Panagiotis Spentzouris, lãnh đạo chương trình khoa học lượng
tử Fermilab, một trong nhóm đồng tác giả bài báo khoa học đăng trên PRX Quantum
cho biết: “Với cuộc thử nghiệm này, chúng tôi đang bắt đầu đặt nền móng cho việc
xây dựng một mạng truyền thông lượng tử đô thị cho khu vực Chicago.
Nhà vật lý Maria Spiropulu thuộc Caltech cho biết: “Chúng
tôi rất tự hào khi đạt được cột mốc quan trọng này trên những hệ thống dịch
chuyển lượng tử ổn định, hiệu suất cao và có thể triển khai quy mô mở rộng”.
"Kết quả đạt được sẽ tốt hơn nữa khi hệ thống được nâng
cấp, dự kiến hoàn thành trong quý 2 năm 2021."
Các hệ thống truyền thông lượng tử được coi là an toàn hơn
các mạng thông thường vì được phát triển trên những thuộc tính lượng tử của các
photon, chứ không phải mã máy tính, dễ dàng bị tin tặc bẻ khóa. Nhưng những hệ
thống mạng lượng tử rất phức tạp và có chi phí cao khi phát triển.
Các hệ thống mạng lượng tử phát triên trên cơ sở hiện tượng rối
lượng tử, xảy ra khi các hạt hạ nguyên tử như proton, bắt đầu liên kết và ảnh
hưởng lẫn nhau bất kể khoảng cách giữa các hạt là bao nhiêu.
Nếu hai hạt hạ nguyên tử vướng víu nhau, trạng thái của một
hạt có thể được biết bằng cách đo trạng thái của hạt kia. Hiện tượng này được sử
dụng để tạo ra những kênh liên lạc được mã hóa bảo mật chống lại sự tấn công bằng
các định luật vật lý lượng tử.
Tuy nhiên, bản chất siêu nhạy của thông tin lượng tử khiến
các nhà khoa học rất khó bắn các photon vướng víu lượng tử trên một khoảng cách
xa mà không bị nhiễu. Trong các sợi quang dài, luôn có khả năng gây nhiễu các
trạng thái rối lượng tử.
Tháng 9/2020, một nhóm nghiên cứu quốc tế, do các nhà khoa học
thuộc Đại học Bristol dẫn đầu công bố phát triển thành công một mạng nguyên mẫu
thông tin lượng tử trên toàn thành phố, có thể được sử dụng để truyền thông tin
hoàn toàn an toàn và không thể bị hack qua internet.
Các nhà khoa học cho biết: nguyên mẫu là mạng lượng tử lớn
nhất từ trước đến nay, có tiềm năng phục vụ hàng triệu người bằng cách cho phép
chia sẻ khóa mã hóa đối với các tin nhắn.
Cũng trong năm 2020, nhóm nghiên cứu của Trung Quốc thông
báo phá vỡ kỷ lục trước đó về việc duy trì hai bộ nhớ lượng tử trong trạng thái
vướng víu trên khoảng cách tối đa.
Các nhà nghiên cứu đã có thể xác nhận được sự vướng víu của
hai bộ nhớ lượng tử trên 22 km sợi cáp quang triển khai trên hiện trường thông
qua sự giao thoa của hai photon. Bằng kỳ tích này, nhóm nhà khoa học Trung Quốc
phá kỷ lục 1,3 km đạt được trong những thí nghiệm về bộ nhớ lượng tử trước đó.
Tháng 7/2019, các nhà khoa học tại Đại học Osaka cũng tuyên
bố đạt được bước đột phá mới trong phát triển truyền thông internet lượng tử, sử
dụng tia laser.
Nhóm nhà khoa học cho biết, trong thí nghiệm của mình đã
chuyển đổi "thông tin được mã hóa trong phân cực tròn chùm tia laze"
thành trạng thái spin (mô men động lượng của cơ học lượng tử) của một điện tử,
bị mắc trong một chấm lượng tử (tinh thể nano có các đặc tính cơ học lượng tử).
Phân tích tính chính xác dữ liệu dịch chuyển lượng tử của
CQNET bằng phần mềm thu thập dữ liệu thời gian thực.