Mạng lượng tử là chìa khóa cho truyền thông tương lai

Cơ học lượng tử liệu có là chìa khóa để phát triển truyền thông cực nhanh và thế hệ mới? Một dự án do Marie Curiea tài trợ đã có những tiến bộ đáng kể trong việc cố gắng trả lời câu hỏi này.

Dự án SIPHON do EU tài trợ đã thành công trong việc tạo ra các photon độc nhất theo yêu cầu và đã chứng minh trong các thí nghiệm liên quan đến hiện tượng lượng tử cụ thể mà các hạt này có thể hoạt động tốt hơn các nguyên tử tự nhiên. Khám phá này có thể có những ứng dụng quan trọng trong truyền thông lượng tử.

Điều phối viên của dự án SIPHON, Klaus Jöns của Viện Công nghệ Hoàng gia Thu Sweden Điển, cho biết: "Xã hội ngày nay dựa trên việc tiếp cận nhanh chóng thông tin. Nắm bắt trước thông tin là rất quan trọng trong kinh doanh, tài chính, chính trị và an ninh. Hầu hết các trao đổi thông tin của chúng ta đều được thực hiện qua Internet, nhưng phương tiện truyền thông này có những hạn chế. Ngoài ra, việc truyền dữ liệu không an toàn”.

Mạng tương lai

Dự án Jöns do EU tài trợ đã khám phá ra thế giới huyền bí và quyến rũ của cơ học lượng tử để xác định tính khả thi của một mạng lưới tương lai có khả năng xử lý lưu lượng dữ liệu khổng lồ. "Ý tưởng là ở cấp lượng tử, chúng ta có thể mã hóa thông tin về lượng tử năng lượng nhỏ nhất, một hạt ánh sáng duy nhất được gọi là photon", ông giải thích. "Điều này sẽ không chỉ làm giảm lượng năng lượng cần thiết cho việc chuyển giao thông tin, mà còn hoàn toàn an toàn thông tin liên lạc thông qua các nguyên tắc của cơ học lượng tử".

Dự án tập trung đặc biệt vào một hiện tượng lượng tử gọi là phi cục bộ. Hiệu ứng cơ học lượng tử này đã được biết đến nhiều và một số thí nghiệm đã được thực hiện, thường liên quan đến hai photon bị vướng vào. Một phép chiếu phóng trên một photon ngay lập tức làm sụp đổ trạng thái của photon khác ở vị trí từ xa. Tuy nhiên, phi phi cục bộ của một hạt đơn lẻ, đặc biệt là một photon đơn lẻ, đặt ra một câu hỏi cơ bản: có thể một photon đơn lẻ đồng thời ở những nơi khác nhau không?

"Phi cục bộ, được Albert Einstein mô tả, xảy ra khi các hạt phân cách không gian bị ảnh hưởng ngay lập tức bởi một hành động diễn ra trong một phần của hệ thống và ở một nơi”. Jöns nói. "Là một phần của dự án này, mục tiêu của chúng tôi là xác định xem các nguồn ánh sáng lượng tử nano hiện đại có thể chứng minh sự phi cục bộ trong các photon hay không".

Nguyên tử nhân tạo

Jöns và nhóm nghiên cứu đã sử dụng các thiết bị có kích thước nano của mình, hay còn gọi là nguyên tử nhân tạo, trong thí nghiệm của họ và chứng minh rằng thực tế đây là nguồn tuyệt vời của photon đơn lẻ. Các nguyên tử nhân tạo này cũng hiệu quả hơn các nguyên tử tự nhiên trong nhiều trường hợp. “Các nguồn ánh sáng lượng tử bán dẫn nano này có lượng phát xạ đa photon thấp nhất”, Jöns nói. "Chúng cũng có thể được sử dụng để tạo ra các cặp photon xác định sự vướng víu".

Phương pháp mới này tạo ra các cặp photon vướng víu theo yêu cầu có thể giúp tăng tốc độ tìm kiếm. Nhóm dự án cũng phát hiện ra rằng các máy phát lượng tử này "nhấp nháy", có nghĩa là đôi khi chúng không phát ra ánh sáng. Phát hiện này, nói Jöns, nên được xem xét khi phát triển các ứng dụng trong tương lai trong truyền thông lượng tử.

Các photon duy nhất và vướng víu là những thành phần thiết yếu của việc xây dựng các mạng lượng tử, Jöns nhấn mạnh rằng nhiều nghiên cứu nữa là cần thiết để xác định các nguồn ánh sáng lượng tử tốt nhất đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt nhất. "Dự án Marie Curie này đã cho phép tôi xây dựng mạng lưới cộng tác viên của riêng mình", ông nói. "Đó là một mốc quan trọng giúp tôi trở nên độc lập hơn và xây dựng danh mục nghiên cứu của mình”.