Các nhà khoa học tại Đại học Rochester và Viện Công nghệ Rochester (RIT) vừa kết nối hai cơ sở của họ thông qua một mạng truyền thông lượng tử thử nghiệm, sử dụng hai sợi cáp quang dài 18 km. Trong bài báo đăng trên tạp chí Optica Quantum, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu Mạng Lượng Tử Rochester (RoQNET), có khả năng truyền thông tin bằng các photon đơn lẻ ở nhiệt độ phòng và sử dụng bước sóng ánh sáng thông thường.

Truyền thông lượng tử: bảo mật không thể phá vỡ

Mạng lượng tử hứa hẹn nâng cao đáng kể độ bảo mật của dữ liệu vì bất kỳ nỗ lực nghe lén hay sao chép thông tin đều sẽ bị phát hiện ngay lập tức. Những hệ thống này dựa trên các bit lượng tử (qubit), vốn có thể được tạo từ nguyên tử, chất siêu dẫn, hoặc các điểm khuyết đặc biệt trong vật liệu như kim cương.

Trong số đó, photon – hạt ánh sáng đơn lẻ – là qubit phù hợp nhất cho việc truyền dữ liệu đường dài, vì chúng có thể di chuyển dễ dàng trong hệ thống cáp quang đã được triển khai khắp toàn cầu.

So với các loại qubit khác như ion hay chấm lượng tử – vốn có tiềm năng trong điện toán và cảm biến lượng tử – photon là loại duy nhất hiện nay tương thích với hạ tầng viễn thông đang có. Bài nghiên cứu mới tập trung vào việc tạo ra một mạng có thể kết nối nhiều loại qubit khác nhau với nhau qua photon trung gian.

“Đây là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng mạng lượng tử bảo mật và mở ra cách tiếp cận mới cho điện toán phân tán và công nghệ hình ảnh,”  GS Nickolas Vamivakas, Đại học Rochester, chia sẻ.

RoQNET có nét độc đáo vì sử dụng chip quang học tích hợp để tạo ra ánh sáng lượng tử và các nút bộ nhớ lượng tử thể rắn – một giải pháp gọn nhẹ và có tính ứng dụng cao.

Hướng tới mạng lượng tử hiệu quả và tiết kiệm

Nhóm nghiên cứu của Rochester và RIT đã phối hợp chuyên môn về quang tử, lượng tử và thiết kế mạch tích hợp để tạo ra nền tảng có thể mở rộng. Trong khi nhiều mạng lượng tử hiện nay phụ thuộc vào các thiết bị phát hiện photon đơn siêu dẫn – vốn đắt đỏ và cồng kềnh – nhóm RoQNET đang tìm cách thay thế bằng công nghệ dễ tiếp cận hơn.

“Photon di chuyển với tốc độ ánh sáng và có thể tương tác với nhiều loại qubit khác nhau,” GS Stefan Preble tại RIT cho biết. “RoQNET là nơi thử nghiệm để hiện thực hóa rối lượng tử phân tán (distributed quantum entanglement).”

Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ mở rộng mạng RoQNET, kết nối tới nhiều trung tâm nghiên cứu khác ở bang New York như Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven, Đại học Stony Brook, Phòng thí nghiệm Không quân Hoa Kỳ và Đại học New York.

Một chip quang học được kết nối với tinh thể phi tuyến và sợi quang, dùng để tạo ra các cặp photon vướng víu ở bước sóng khả kiến và viễn thông. Các photon này được xử lý qua mạch quang tích hợp bằng silicon, tạo nên một nền tảng nhỏ gọn và linh hoạt để kết nối các nút lượng tử thông qua mạng viễn thông hiện có. Ảnh: RIT