Lần đầu tiên thực hiện thành công dịch chuyển lượng tử dưới nước, các nhà khoa học Trung Quốc đẩy giới hạn lượng tử đi xa hơn bao giờ hết

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc vừa thành công trong việc gửi thông tin lượng tử giữa hai hạt rối thông qua môi trường nước biển. Thử nghiệm này cũng đánh dấu mốc lần đầu tiên ta có thể thực hiện liên lạc lượng tử dưới nước.

Trong thử nghiệm được làm ra để xác định xem việc này có khả thi không này, thông tin đã được chuyển đi một quãng đường xa 3,3 mét trong một bể nước muối. Dựa vào thành công này, các nhà nghiên cứu tin rằng kĩ thuật này có thể được sử dụng để truyền thông tin được mã hóa, không thể bị hack đi một khoảng cách xa 900 mét trong điều kiện nước biển thông thường.

Điều này có ý nghĩa rất lớn, bởi lẽ việc liên lạc lượng tử, hay còn được biết tới với cái tên dịch chuyển lượng tử, hứa hẹn cho chúng ta một phương cách truyền tin cực kì an toàn, với sự trợ giúp bởi thứ vật lý ta vẫn đang nghiên cứu. Hiện tại, có lẽ nó là cách mã hóa tin nhắn bảo mật nhất.

Thử nghiệm này được dựa trên ý tưởng về rối lượng tử, thứ hiện tượng kì lạ được Einstein gọi là “hiện tượng kì quái xảy ra từ xa”. Về cơ bản, thì rối lượng tử có nghĩa là hai hạt vật chất được kết nối với nhau bằng một cách nào đó, bất kì điều gì xảy ra với hạt A sẽ ảnh hưởng y hệt lên hạt B, bất kể chúng ở xa nhau như thế nào – từ đầu ngõ tới cuối ngõ, hay giữa hai đầu Vũ trụ xa xôi. Nhờ rối lượng tử, ta sẽ truyền thông tin bằng cách làm một hạt quay theo những quy luật nhất định và làm hạt kia cũng quay theo.

Bằng phương pháp này, các nhà khoa học có thể “dịch chuyển” thông tin qua một quãng đường lớn một cách an toàn, trước đây đã có những thử nghiệm thành công với cáp quang và cả dịch chuyển lượng tửtrong không gian Vũ trụ, từ Trái Đất lên vệ tinh và ngược lại.

Nhưng chưa ai thực hiện được điều đó trong môi trường nước, một môi trường mà vốn dĩ bất kì thứ gì đi qua nó cũng bị phân tán. Trong thử nghiệm lần đầu tiên được thực hiện và thành công này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Giao thông Thượng Hải đã lấy nước biển, đổ đầy vào một bể 3 mét.

Họ tạo ra một cặp photon rối bằng cách bắn một tia sáng xuyên qua một viên pha lê. Dù một photon bị phân cực như thế nào, photon cặp với nó sẽ tự động có phân cực ngược lại. Hai hạt photon trong một cặp này được đặt ở hai đầu bể nước biển, và thử nghiệm cho thấy hai photon có thể truyền được tín hiệu sang cho nhau. Thông tin được truyền đi chính xác tới 98%.

“Kết quả chúng tôi thu được xác nhận tính khả thi của phương pháp truyền thông tin lượng tử dưới nước, đây là bước đầu trong việc xây dựng nên một mạng lưới liên lạc lượng tử dưới nước”, các nhà nghiên cứu nói.

Vẫn còn cần thực hiện nhiều thử nghiệm khác nữa: các đội ngũ nghiên cứu khác phải tái tạo lại được thử nghiệm này; liệu nó có hoạt động ở khoảng cách xa hơn không?; liệu nó có hoạt động ở môi trường tự nhiên không? Đội ngũ tại Trung Quốc dự tính khoảng cách tối đa có thể đạt được sẽ là 885 mét. Tuy nhiên, một đội ngũ khác báo cáo rằng theo tính toán của họ, có lẽ cực đại chỉ là 120 mét.

“Bởi lẽ nước biển hấp thụ ánh sáng, nên việc kéo dài khoảng cách sẽ rất khó khăn”, Jeffrey Uhlmann, nhà vật lý học tại Đại học Missouri, Columbia nói.

Như đã nói ở trên, cần phải thực hiện nhiều thử nghiệm nữa, nghiên cứu này mới chỉ là thành công bước đầu mà thôi. Thành công vẫn là thành công, và quan trọng nhất là nó đã chứng minh được tính khả thi của việc truyền thông tin lượng tử dưới nước. Đây quả nhiên là cú thúc cần thiết để đẩy giới hạn lượng tử ra xa hơn nữa.