Hai nhóm nghiên cứu độc lập nhau đã chứng minh được một cặp photon vướng víu có thể chuyển trạng thái của chúng vào và ra một chất rắn như thế nào – quá trình mà trong một ngày gần đây sẽ là xương sống của các bộ nhở lượng tử hay các bộ lặp. thiết bị này có thể giúp các hệ thống thông tin lượng tử truyền tải thông tin trên khoảng cách lớn, với ít nhiễu hơn.
“ Trong khi vài năm trước tôi còn ngờ vực sự hữu ích của bộ khuyếch đại hay các mạng lượng tử có thể chế tạo được hay không, thì giờ đây tôi rất tự tin… rằng mục tiêu này có thể đạt đến trong năm đến mười năm tới,” theo lời của Wolfgang Tittel, làm việc tại đại học Calgary, Canada, tác giả của một trong những bài báo đăng tải trên Nature hôm qua.
Tương lai của truyền thông phụ thuộc vào các photon vướng víu.
Truyền thông lượng tử đồng nghĩa với việc truyền tải thông tin mà không bị nghe trộm. Hai photon phải là vướng víu, có trạng thái lượng tử liên kết với nhau, thì mới tạo thành chìa khóa để thiết lập sự giải mã thông tin ở cuối mỗi kênh. Nhờ vào nguyên lý bất định trong cơ học lượng tử, không thể truy xuất các mã khóa này mà không phá hỏng nó, vì vậy các nhân viên truyền tin sẽ luôn nhận ra nếu vó một bên thứ ba cố gắng nghe trộm.
Tuy nhiên, một trong những giới hạn của truyền thông lượng tử là sự suy biến của tín hiệu. Trong các mạng thông tin thông thường, các kỉ sư vượt qua vấn đề này bằng cách đưa vào các bộ lặp, giúp ghi nhận các tín hiệu bị phá hủy và tái tạo lại nó với cường độ phù hợp. Vì không thể ghi nhận các trạng thái lượng tử mà không phải phá hỏng nó, nên bộ lặp lượng tử phải giúp hấp thụ và tái lập các photon vướng víu mà không làm ảnh hưởng đến trạng thái của chúng. Các bộ nhớ lượng tử, một dạng thức căn bản hơn bộ lặp, được thiết lập trước đây trong các hệ nguyên tử đơn hoặc khí nguyên tử, nhưng nay đã thực hiện được trong chất rắn, là đòi hỏi nhất thiết của một hệ thống thông tin mạnh mẽ.
Lựa chọn tinh thể
Đây là một thành tựu được xây dựng bởi nhóm của Tittel, gồm các thành viên của Đại học Paderborn, Đức quốc; và cũng giống như vậy, bới Nicolas Gisin và các đồng sự tại |Đại học Geneva, Thụy Điển. Cả hai nhóm đều chỉ ra rằng làm sao một photon trong một cặp vướng víu có thể bị hấp thụ bởi một tính thể được kích thích bởi một ion khí hiếm, để trạng thái lượng tử của nó trở nên lưu trữ được như một nguyên tử bị kích thích. Một phần giây sau đó, một photon mới được phát ra với trạng thái vướng víu nguyên vẹn.
Có những khác biệt trong chứng minh của hai nhóm. Đối với tinh thể, nhóm của Tittel chọn lithium niobate được kích thích bởi thulium, trong khi nhóm của Gisin dùng yttrium silicate được kích thích bởi neodymium. Thêm vào đó, có sự khác nhau giữa laser thiết lập với nhiều tiện lợi hơn cho nhóm của Gisin, với báo cáo thời gian lưu trữ lớn nhất là 200ns với năng suất hơn 20%. Trong khi nhóm của Tittel báo cáo chỉ với thời gian lưu trữ là 7ns với năng suất chỉ 2%. Nói cách khác, thiết bị nhớ của nhóm Tittel với băng tần 5GHz, khoảng 40 lần lớn hơn so với nhóm của Gisin, cũng đồng nghĩa với việc, nhiều thông tin được truyền xa hơn với cùng khoảng thời gian.
Val Zwiller, một nhà vật lý tại Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan, nói rằng hai nhóm nghiên cứu đã tạo nên một bước tiến quan trọng hướng đến các bộ lặp lượng tử, nhưng vẫn chú ý một vài giới hạn quan trọng thách thức kỷ nghệ còn đang ở phía trước. Một trong số đó là hiệu suất thấp, và thực tế, thời gian lưu trữ là không thay đổi đòi hỏi trong các thiết bị thực tiễn. Một vấn đề khác là bước sóng của các photon vướng víu không nằm trong chuẩn truyền tin quốc tế, vào khoảng 1300nm. “Kết quả mà hai bài báo mang lại chỉ mới là bề mặt của vấn đề,” Zwiller kết luận.
Thành viên của cả hai nhóm thừa nhận rằng có một số cách khác đến trước các bộ nhớ hay bộ lặp lượng tử có thể phù hợp với hệ thống thực tế hơn, nhưng tin rằng có những rào cản không phải là không vượt qua được. “Vài giải pháp đang được tiến hành trên thế giới, và tốc độc ủa các tiến trình gần đây giúp chúng tôi tin rằng chúng sẽ được cải tiến vượt bực trong những năm tới, Mikeal Afzelius, một thành viên của nhóm Gisin cho biết.
Tác giả: Jon Cartwright
Theo physicsworld.com
