Các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford đã giải quyết một vấn đề đã tồn tại từ lâu trong vật lý lượng tử đó là làm thế nào để gửi các hạt “vướng víu” qua một khoảng cách xa. Cộng đồng khoa học rất quan tâm đến ứng dụng thực tế của công nghệ này để tạo ra các mạng lượng tử có thể gửi thông tin có độ bảo mật cao trên các khoảng cách xa - một khả năng cũng làm cho công nghệ này hấp dẫn đối với các chính phủ, ngân hàng và quân đội.
Vướng víu lượng tử là hiện tượng trong đó hai hay nhiều hạt được kết nối, thậm chí qua hàng ngàn dặm và Albert Einstein đã mô tả hành vi này là “hành động ma quỷ”. Trong trường hợp, ví dụ, các electron vướng víu. Các electron quay theo một trong hai hướng đặc trưng, và nếu chúng bị vướng víu, spin của hai electron này được liên kết với nhau. Đó là nếu bạn quay một đồng xu ở New York theo chiều kim đồng hồ, đồng xu thứ hai bị vướng víu ở Los Angeles sẽ bắt đầu quay theo chiều kim đồng hồ. Và tương tự như vậy, nếu bạn quay đồng xu ngược chiều kim đồng hồ, đồng xu thứ hai cũng sẽ thay đổi spin của nó.
Các electron bị mắc kẹt bên trong nguyên tử, do đó các electron vướng víu không thể “giao tiếp” trực tiếp ở khoảng cách xa. Nhưng các photon - các hạt ánh sáng cực nhỏ - có thể di chuyển. Các nhà khoa học có thể thiết lập một điều kiện vướng víu cần thiết, gọi là tương quan lượng tử, để tương quan các photon với các electron, do đó các photon có thể đóng vai trò như các thông điệp của spin của một electron.
Trong công trình nghiên cứu trước đây của mình, nhà vật lý học Stanford Leo Yu đã vướng víu các photon với các electron qua cáp sợi quang ở khoảng cách vài feet. Mới đây, ông và các cộng sự đã tương quan các photon với spin electron ở một khoảng cách kỷ lục 1,2 dặm (1,93 km).
“Spin electron là đơn vị cơ bản của một máy tính lượng tử”, Yu nói. “Công trình nghiên cứu này có thể mở đường cho các mạng lượng tử trong tương lai có thể gửi dữ liệu với mức độ bảo mật cao trên toàn thế giới”.
Để làm được điều này, Yu và nhóm của ông đã phải chắc chắn rằng mối tương quan này có thể được duy trì trên một khoảng cách xa - một thách thức lớn do các photon có xu hướng thay đổi hướng khi di chuyển trong các sợi quang.
Các photon có thể có một hướng thẳng đứng hay nằm ngang (gọi là phân cực), có thể được tham chiếu là 0 hoặc 1, như trong lập trình máy tính số. Nhưng nếu chúng thay đổi trên đường đi, sự kết nối đến các electron tương quan bị mất.
Thông tin có thể được bảo quản bằng cách khác, Yu nói. Ông đã tạo ra một dấu thời gian để tương quan thời gian xuất hiện của photon với spin electron, trong đó cung cấp một loại chìa khóa tham chiếu cho mỗi photon để xác nhận sự tương quan với electron nguồn.
Cuối cùng để vướng víu hai electron ở một khoảng cách xa chưa từng thấy, hai photon, mỗi photon tương quan với một electron nguồn duy nhất, phải được gửi qua cáp sợi quan để gặp nhau ở giữa tại một “bộ tách chùm” và tương tác. Các photon thường không tương tác, chỉ hai chùm ánh sáng flash đi qua nhau, do đó, các nhà nghiên cứu phải dàn xếp tương tác này được gọi là “giao thoa hai photon”.
Để đảm bảo cho sự giao thoa hai photon, các nhà nghiên cứu cần khắc phục một vấn đề khác đó là các photon từ hai nguồn khác nhau có những đặc điểm khác nhau, như màu sắc và bước sóng. Nếu chúng có các bước sóng khác nhau, chúng không thể can thiệp, Yu nói. Trước khi di chuyển dọc theo cáp sợi quang, các photon đi qua một “bộ đổi giảm lượng tử”, làm cho phù hợp các bước sóng của chúng. Bộ đổi giảm này cũng chuyển cả hai photon sang một bước sóng có thể đi xa hơn trong cáp sợi quan được thiết kế cho thông tin liên lạc.
Các siêu máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ nhanh hơn theo cấp số nhân và mạnh hơn các máy tính truyền thống, Yu nói, và có thể giao tiếp với độ bảo mật cao. Với công trình nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã đưa các mạng lượng tử một bước gần hơn với thực tế.
Nguồn: vista.gov.vn