Nếu có thể tạo ra một 'internet lượng tử' siêu an toàn, siêu nhanh, thì các photon vướng víu lượng tử là hoàn toàn cần thiết cho nó – và các nhà khoa học vừa tìm ra một cách mới rất hữu ích để tạo ra chúng.
Rối lượng tử là hiện tượng mà hai hạt (chẳng hạn như photon) liên kết với nhau, bất kể khoảng cách vật lý giữa chúng. Nếu điều gì đó xảy ra với một trong các hạt, thì điều gì đó phải xảy ra với hạt kia.
Mặc dù các nhà vật lý vẫn chưa hiểu chính xác cách thức xảy ra hiện tượng vướng víu, nhưng hiện tượng này mở ra khả năng giao tiếp tầm xa với sức mạnh lượng tử – nơi mà sự dịch chuyển của các hạt ở một nơi dẫn đến sự dịch chuyển của các hạt vướng víu trong một khoảng cách rất lớn.
Nghiên cứu cụ thể này cho thấy rằng các photon vướng víu lượng tử đang được sử dụng như một phân phối khóa lượng tử (QKD), một loại Internet lượng tử cấp thấp, nơi dữ liệu cổ điển ở dạng một và số không có thêm một lớp bảo mật và riêng tư thông qua vật lý lượng tử.
Cho đến nay, các photon vướng víu được sử dụng cho các phương pháp mã hóa này bị giới hạn trong phạm vi bước sóng hồng ngoại gần từ 700 đến 1550 nm, khiến chúng dễ bị nhiễu bởi các khí hấp thụ ánh sáng và bức xạ mặt trời.
Nói cách khác, kết nối dữ liệu chỉ hoạt động vào ban đêm: không lý tưởng cho những gì được cho là cơ sở hạ tầng Internet thế hệ tiếp theo.
Nghiên cứu mới chỉ ra cách tạo ra và phát hiện các photon vướng víu ở bước sóng dài hơn 2,1 micromet, được che chắn khỏi sự giao thoa như vậy. Kết quả cuối cùng là một kênh liên lạc ổn định và đáng tin cậy hơn nhiều.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng các cặp photon vướng vào phân cực có thể được tạo ra, kiểm soát và phát hiện bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận của chúng tôi”, các nhà nghiên cứu viết trong bài báo xuất bản của họ.
“Công trình này cung cấp một nền tảng mới cho quang học lượng tử và mở đường cho các ứng dụng công nghệ cho cảm biến lượng tử và truyền thông an toàn lượng tử tầm xa trong chế độ bước sóng này.”
Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một tinh thể lithium niobate phi tuyến: các cặp photon vướng víu được tạo ra bằng cách sử dụng xung ánh sáng siêu ngắn từ tia laser nhằm vào tinh thể.
Internet lượng tử, nếu chúng ta có thể tìm ra cách tạo ra nó, hứa hẹn sẽ mạnh hơn nhiều lần, an toàn hơn và riêng tư hơn bất cứ thứ gì chúng ta có ngày nay. Ví dụ: bất kỳ nỗ lực tấn công nào cũng sẽ phá vỡ kết nối tương ứng ngay lập tức – không phải là mạng bảo mật xấu.
Chúng ta còn rất lâu nữa mới có thể hiện thực hóa giấc mơ này – ở một khoảng cách xa, ổn định, thực tế – nhưng những đổi mới như thế này đang dần đưa chúng ta đến gần nhau hơn và biến tính toán lượng tử từ giả thuyết thành hiện thực.
Nhà vật lý lượng tử Michael Kues của Đại học Hannover cho biết: “Bước quan trọng tiếp theo sẽ là thu nhỏ hệ thống này bằng cách chuyển đổi nó thành các thiết bị quang tử tích hợp, làm cho nó phù hợp để sản xuất hàng loạt và sử dụng trong các kịch bản ứng dụng khác. Leibniz ở Đức.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances.
