Khoa học tự nhiên

Kỷ lục mới về viễn di lượng tử (09/10/2015)

Thí nghiệm này đã khẳng địnhh rằng truyền thông lượng tử là khả thi trên khoảng cách xa trong sợi cáp. Các nhóm nghiên cứu khác đã viễn di (teleport) thông tin lượng tử qua một khoảng cách dài hơn trong không gian tự do, nhưng khả năng làm điều đó qua các đường cáp quang thông thường sẽ giúp hơn cho thiết kế mạng được linh hoạt hơn.

Các nhà khoa học từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (Hoa Kỳ) (NIST) đã thiết lập kỷ lục mới cho viễn di lượng tử, gửi thông tin lượng tử trong các hạt ánh sáng vượt qua hơn 100 km cáp quang.

Viễn di lượng tử liên quan đến việc truyền tải, hay tái tạo ở xa, các thông tin được mã hóa trong trạng thái lượng tử của vật chất hay ánh sáng. Hiện tượng viễn di hữu ích trong cả truyền thông lượng tử và tính toán lượng tử, trong đó cung cấp những triển vọng về các khả năng mới như mã hóa không thể phá và phá mã tiên tiến tương ứng. Phương pháp cơ bản cho viễn di lượng tử lần đầu tiên được đề xuất hiện hơn 20 năm trước và đã được thực hiện bởi một số nhóm nghiên cứu, bao gồm cả nhóm ở NIST sử dụng các nguyên tử vào năm 2004.

Kỷ lục mới, được mô tả trong Tạp chí Optica, liên quan đến việc truyền thông tin lượng tử chứa trong một photon - khe thời gian cụ thể của nó trong một trình tự - sang một photon khác đã được truyền đi qua 102 km sợi quang cuộn tròn trong phòng thí nghiệm NIST ở Colorado.

Tác giả chính, Hiroki Takesue, là nhà nghiên cứu của tập đoàn NTT của Nhật Bản, đã sử dụng các máy dò đơn photon tiên tiến được thiết kế và chế tạo tại NIST.

"Chỉ có khoảng 1 phần trăm các photon đi qua 100 km cáp quang", Marty Stevens, nhà nghiên cứu NIST, nói. "Chúng tôi không thể thực hiện thí nghiệm này nếu không có các thiết bị dò mới, có thể đo được tín hiệu vô cùng yếu này".

Cho đến nay, dữ liệu lượng tử bị mất quá nhiều trong cáp quang khi truyền ngay ở tốc độ và khoảng cách rất thấp. Kỹ thuật viễn di mới của NTT/NIST có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị gọi là bộ lặp lượng tử có thể gửi lại dữ liệu theo chu kỳ để mở rộng tầm với của mạng lưới, cuối cùng có thể đủ để tạo ra "mạng internet lượng tử." Trước đây, các nhà nghiên cứu cho rằng các bộ lặp lượng tử có thể cần phải dựa vào nguyên tử hay vật chất khác, thay cho ánh sáng, một một thách thức kỹ thuật khó khăn sẽ làm chậm tốc độ truyền.

Để mang thông tin, các nhà khoa học có thể sử dụng các trạng thái lượng tử khác nhau; thí nghiệm NTT/NIST đã sử dụng trạng thái lượng tử cho biết khi nào một photon đơn đi đến trong chuỗi các khe thời gian. Phương pháp viễn di này có điểm mới ở chỗ 4 máy dò photon của NIST được bố trí để lọc ra các trạng thái lượng tử cụ thể. Các máy dò dựa trên các dây nano siêu dẫn làm bằng molypden silicide. Chúng có thể ghi lại trên 80 phần trăm các photon đi đến, tiết lộ rằng liệu chúng đang ở trong cùng hay ở các khe thời gian khác nhau chỉ sau mỗi 1 nanosecond. Các thí nghiệm được thực hiện ở các bước sóng thường được sử dụng trong viễn thông.

Do các thí nghiệm đã lọc và tập trung vào sự kết hợp hạn chế các trạng thái lượng tử, nên viễn di chỉ thành công trong 25% số lượng truyền là tối đa. Nhờ các máy dò hiệu quả, các nhà nghiên cứu dịch chuyển thành công các trạng thái lượng tử mong muốn trong 83% số lượng truyền thành công tối đa có thể. Tất cả các đợt thử nghiệm với các tính chất ban đầu khác nhau đã vượt ngưỡng 66,7% để chứng minh bản chất lượng tử của quá trình viễn di

Nguồn: vista.vn (Theo Optica)