Các nhà khoa học Đức vừa thực hiện một bước tiến lớn hướng tới internet lượng tử - mạng truyền thông siêu an toàn của tương lai, khi lần đầu tiên dịch chuyển thông tin giữa các photon phát ra từ hai chấm lượng tử (quantum dot) khác nhau.
Kết quả được công bố trên Nature Communications.
Chấm lượng tử là những cấu trúc siêu nhỏ trong vật liệu bán dẫn có khả năng phát ra từng photon riêng lẻ. Trong truyền thông lượng tử, mỗi photon mang một “bit lượng tử” - ví dụ như hướng phân cực của ánh sáng. Điều đặc biệt là nếu bị "nghe lén," photon sẽ để lại dấu vết ngay lập tức, giúp hệ thống phát hiện can thiệp.
Tuy nhiên, muốn “dịch chuyển tức thời” thông tin lượng tử, các photon phải gần như giống hệt nhau về màu sắc và thời điểm phát ra. Điều này rất khó, nhất là khi chúng được tạo ra từ các nguồn khác nhau.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Stuttgart đã giải quyết được bài toán này bằng cách tạo hai nguồn photon bán dẫn gần như đồng nhất và dùng bộ chuyển đổi tần số để tinh chỉnh những sai lệch nhỏ.
Một nguồn tạo ra photon đơn, nguồn còn lại tạo ra cặp photon "vướng víu" - tức là chúng chia sẻ cùng một trạng thái dù cách xa nhau.
Trong thí nghiệm, khi photon đơn gặp một photon trong cặp vướng víu, trạng thái của nó lập tức được chuyển sang photon còn lại đang ở xa - chính là hiện tượng dịch chuyển lượng tử. Hai điểm thí nghiệm được nối bằng đoạn cáp quang dài 10 mét.
Nhóm cho biết tỷ lệ thành công đạt hơn 70% và họ đang hướng tới khoảng cách xa hơn nhiều. Trước đó, trạng thái vướng víu từ chấm lượng tử từng truyền được 36 km qua mạng cáp quang của Stuttgart.
Thành tựu này là bước quan trọng để chế tạo bộ lặp lượng tử (quantum repeater) – thiết bị giúp truyền tín hiệu lượng tử đường dài. Khác với internet hiện nay, tín hiệu lượng tử không thể khuếch đại hay sao chép, vì vậy chỉ bộ lặp lượng tử mới có thể “làm mới” thông tin mà không làm mất tính bảo mật.
Dự án thuộc chương trình quốc gia Quantenrepeater.Net của Đức, với sự tham gia của hơn 40 đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp. Các nhà khoa học kỳ vọng những thử nghiệm nền tảng như thế này sẽ mở đường cho mạng lượng tử thực sự trong tương lai./.
Giải Nobel Vật lý 2025: Khi 'thế giới lượng tử' trở nên hữu hình
Bà Eva Olsson - một thành viên Ủy ban Nobel - đánh giá công trình nghiên cứu của bộ ba nhà khoa học John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis đã “mở ra cánh cửa dẫn đến một thế giới khác."
