Các nhà nghiên cứu đạt viễn chuyển lượng tử với độ chính xác cao và bền vững
Một mạng internet lượng tử khả thi – một mạng lưới trong đó thông tin được lưu trữ trong các bit lượng tử (qubit) được chia sẻ trong những khoảng cách dài thông ra rối lượng tử - có thể chuyển đổi các lĩnh vực lưu trữ dữ liệu, cảm biến và tính toán chính xác precision sensing and computing, dẫn đường tới một kỷ nguyên truyền thông mới.
Trong một thí nghiệm về viễn chuyển lượng tử có độ chính xác cao tại Mạng lưới lượng tử Fermilab, các cáp quang kết nối các thiết bị hiện có, cũng như các thiết bị R&D tiên tiến. Nguồn: Fermilab
Các nhà khoa học ở Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi – một phòng thí nghiệm quốc gia của Bộ Năng lượng Mĩ liên kết với trường đại học Chicago – cùng với các đồng nghiệp tại năm viện nghiên cứu đã thực hiện một bước tiến quan trọng trong việc định hướng hiện thực hóa một mạng internet lượng tử.
Trong bài báo “Teleportation Systems Toward a Quantum Internet” xuất bản trên tạp chí PRX Quantum, nhóm nghiên cứu đã trình bày việc thực hiện thành công lần đầu tiên một viễn chuyển bền vững trên các bit lượng tử làm bằng các photon (những hạt ánh sáng) với độ chính xác tới hơn 90%.
Các bit lượng tử đã được truyền qua một mạng lưới sợi quang dài 44 km bằng các máy dò đơn photon tiên tiến cũng như thiết bị sẵn có.
“Chúng tôi vô cùng phấn khích trước những kết quả này”, Panagiotis Spentzouris, người phụ trách chương trình khoa học lượng tử ở Fermilab và là một trong những đồng tác giả. “Đây là thành công quan trọng trên con đường xây dựng một công nghệ sẽ làm tái xác định cách chúng ta thực hiện truyền thông toàn cầu”.
Thành công này chỉ đến vài tháng trước khi Bộ Năng lượng Mỹ tiết lộ sẽ bật đèn xanh cho internet lượng tử quốc gia tại một cuộc họp báo tại trường đại học Chicago.
Kết nối các hạt
Viễn chuyển lượng tử là một vận chuyển một cách “kỳ quái” các trạng thái lượng tử từ một địa điểm sang địa điểm khác. Viễn chuyển lượng tử của một bit lượng tử đạt được là nhờ sử dụng rối lượng tử, trong đó hai hoặc nhiều hạt gắn bó với nhau chặt chẽ liên kết với các hạt khác. Nếu một cặp hạt được chia sẻ trạng thái rối lượng tử ở hai địa điểm khác nhau, không quan trọng khoảng cách giữa chúng, thông tin mã hóa được truyền đi.
Nhóm hợp tác – các nhà nghiên cứu ở Fermilab, AT&T, Caltech, trường đại học Harvard, Phòng thí nghiệm Jet Propulsion NASA và trường đại học Calgary đã truyền thành công các qubit trên hai hệ thống: Mạng lưới lượng tử Caltech và Mạng lưới lượng tử Fermilab. Chương trình nghiên cứu công tư của Caltech về các công nghệ và mạng lượng tử thông minh (IN-Q-NET) đã thiết kế, xây dựng, vận hành và triển khai các hệ này.
“Chúng tôi rất tự hào khi đạt được thành công mang tính cột mốc về các hệ viễn chuyển lượng tử bền vững, hiệu suất cao và có khả năng mở rộng quy mô này”, Maria Spiropulu, giáo sư vật lý vị trí Shang-Yi Ch’en tại Caltech và là giám đốc chương trình IN-Q-NET nói. “Kết quả này sẽ được cải thiện hơn nữa với việc nâng cấp hệ thống mà chúng tôi đang chờ đợi sẽ hoàn thành trong quý hai năm 2021”.
Cả hai mạng lưới của Caltech và Fermilab, vốn có đặc điểm là quá trình xử lý dữ liệu gần tự động, tương thích với cấu trúc viễn thông hiện có và với cả các thiết bị xử lý và lưu trữ lượng tử mới nổi. Các nhà nghiên cứu đang dùng chúng để cải thiện độ chính xác và tỉ lệ phân phối rối lượng tử, với một sự nhấn mạnh vào những giao thức truyền thông lượng tử phức hợp và khoa học cơ bản.
“Với thí nghiệm này, chúng tôi đang bắt đầu đặt nền tảng cho cấu trúc của một mạng lưới lượng tử trung tâm khu vực Chicago”, Spentzouris nói.
Mạng lưới vùng Chicago mang tên Mạng lưới lượng tử nhanh Illinois do Fermilab hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Caltech, trường đại học Northwestern và các đối tác công nghiệp thiết kế.
“Chiến công này là một bằng chứng rõ ràng về thành công của việc hợp tác liên ngành và liên viên, vốn định hướng rất nhiều cho những gì chúng ta đạt được trong khoa học”, Joe Lykken – Phó giám đốc phụ trách nghiên cứu của Fermilab. nói. “Tôi tự hào về nhóm IN-Q-NET vafcasc đối tác của chúng tôi trong cả giới hàn lâm và công nghiệp vì thành tựu vô cùng xuất sắc trong viễn chuyển lượng tử này.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2020-12-sustained-high-fidelity-quantum-teleportation.html;
http://dx.doi.org/10.1103/PRXQuantum.1.020317
