28 C
Ho Chi Minh City
Chủ Nhật, Tháng Sáu 26, 2022

‘Internet lượng tử’ tiến gần hơn với tiến bộ trong dịch chuyển dữ liệu

Từ Santa Barbara, Calif., Đến Hợp Phì, Trung Quốc, các nhà khoa học đang phát triển một loại máy tính mới giúp máy móc ngày nay trông giống như đồ chơi.

Khai thác sức mạnh bí ẩn của cơ học lượng tử, công nghệ này sẽ thực hiện các nhiệm vụ trong vài phút mà ngay cả siêu máy tính cũng không thể hoàn thành trong hàng nghìn năm. Vào mùa thu năm 2019, Google đã công bố một máy tính lượng tử thực nghiệm cho thấy điều này là có thể. Hai năm sau, một phòng thí nghiệm ở Trung Quốc đã làm nhiều điều tương tự.

Nhưng điện toán lượng tử sẽ không đạt được tiềm năng của nó nếu không có sự trợ giúp từ một bước đột phá công nghệ khác. Gọi nó là “internet lượng tử” – một mạng máy tính có thể gửi thông tin lượng tử giữa các máy ở xa.

Tại Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan, một nhóm các nhà vật lý đã thực hiện một bước tiến quan trọng đối với mạng máy tính của tương lai, sử dụng một kỹ thuật gọi là dịch chuyển lượng tử để gửi dữ liệu qua ba địa điểm vật lý. Trước đây, điều này có thể chỉ với hai.

Thí nghiệm mới chỉ ra rằng các nhà khoa học có thể kéo dài một mạng lượng tử trên một số lượng ngày càng lớn các địa điểm. Ronald Hanson, nhà vật lý Delft, người giám sát nhóm, cho biết: “Hiện chúng tôi đang xây dựng các mạng lượng tử nhỏ trong phòng thí nghiệm. “Nhưng ý tưởng cuối cùng là xây dựng một internet lượng tử.”

Nghiên cứu của họ, được công bố trong tuần này với một bài báo được xuất bản trên tạp chí khoa học Nature, chứng tỏ sức mạnh của một hiện tượng mà Albert Einstein từng cho là không thể. Dịch chuyển lượng tử – cái mà anh ấy gọi là “hành động ma quái ở khoảng cách xa”- có thể chuyển thông tin giữa các địa điểm mà không thực sự di chuyển vật chất chứa nó.

Công nghệ này có thể thay đổi sâu sắc cách dữ liệu truyền từ nơi này sang nơi khác. Nó dựa trên hơn một thế kỷ nghiên cứu liên quan đến cơ học lượng tử, một lĩnh vực vật lý chi phối lĩnh vực hạ nguyên tử và hành xử không giống bất cứ điều gì chúng ta trải nghiệm trong cuộc sống hàng ngày. Dịch chuyển lượng tử không chỉ di chuyển dữ liệu giữa các máy tính lượng tử, mà nó còn làm theo cách mà không ai có thể đánh chặn được.

Tracy Eleanor Northup, một nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Thực nghiệm của Đại học Innsbruck, người cũng đang khám phá dịch chuyển lượng tử, cho biết: “Điều này không chỉ có nghĩa là máy tính lượng tử có thể giải quyết vấn đề của bạn mà còn là nó không biết vấn đề là gì. “Nó không hoạt động theo cách đó ngày nay. Google biết bạn đang chạy gì trên các máy chủ của nó. ”

Hình ảnh

Tín dụng…Matteo Pompili cho QuTech

Một máy tính lượng tử khai thác những cách thức kỳ lạ mà một số vật thể hành xử nếu chúng rất nhỏ (như electron hoặc một hạt ánh sáng) hoặc rất lạnh (như một kim loại kỳ lạ được làm lạnh đến gần độ không tuyệt đối, hoặc âm 460 độ F). Trong những tình huống này, một đối tượng có thể hoạt động giống như hai đối tượng riêng biệt cùng một lúc.

Máy tính truyền thống thực hiện các phép tính bằng cách xử lý các “bit” thông tin, với mỗi bit chứa 1 hoặc 0. Bằng cách khai thác hành vi kỳ lạ của cơ học lượng tử, một bit lượng tử, hoặc qubit, có thể lưu trữ kết hợp 1 và 0 – một chút giống như cách một đồng xu quay có khả năng trêu ngươi rằng nó sẽ quay đầu hoặc sấp khi cuối cùng nó rơi phẳng trên bàn.

Điều này có nghĩa là hai qubit có thể giữ bốn giá trị cùng một lúc, ba qubit có thể chứa tám, bốn qubit có thể chứa 16, v.v. Khi số lượng qubit tăng lên, một máy tính lượng tử trở nên mạnh hơn theo cấp số nhân.

Các nhà nghiên cứu tin rằng một ngày nào đó những thiết bị này có thể tăng tốc độ tạo ra các loại thuốc mới, tiến bộ sức mạnh trong trí tuệ nhân tạo và tóm tắt mã hóa bảo vệ máy tính quan trọng đối với an ninh quốc gia. Trên toàn cầu, các chính phủ, phòng thí nghiệm học thuật, các công ty khởi nghiệp và những gã khổng lồ công nghệ đang chi hàng tỷ đô la để khám phá công nghệ này.

Vào năm 2019, Google công bố rằng cỗ máy của nó đã đạt đến cái mà các nhà khoa học gọi là “quyền tối cao lượng tử”, có nghĩa là nó có thể thực hiện một nhiệm vụ thí nghiệm mà với máy tính truyền thống là không thể. Nhưng hầu hết các chuyên gia tin rằng vài năm nữa sẽ trôi qua – ít nhất là – trước khi một máy tính lượng tử thực sự có thể làm điều gì đó hữu ích mà bạn không thể làm với một máy khác.

Một phần của thách thức là một qubit bị vỡ, hoặc “trang trí”, nếu bạn đọc thông tin từ nó – nó trở thành một bit bình thường chỉ có khả năng giữ 0 hoặc 1 chứ không phải cả hai. Nhưng bằng cách xâu chuỗi nhiều qubit lại với nhau và phát triển các cách bảo vệ chống lại sự suy giảm mạch lạc, các nhà khoa học hy vọng sẽ chế tạo ra những cỗ máy vừa mạnh mẽ vừa thực tế.

Cuối cùng, lý tưởng nhất, chúng sẽ được kết hợp thành các mạng có thể gửi thông tin giữa các nút, cho phép chúng được sử dụng từ mọi nơi, giống như các dịch vụ điện toán đám mây của Google và Amazon giúp sức mạnh xử lý được tiếp cận rộng rãi ngày nay.

Nhưng điều này đi kèm với những vấn đề riêng của nó. Một phần là do tính không liên kết, thông tin lượng tử không thể đơn giản được sao chép và gửi qua một mạng truyền thống. Dịch chuyển lượng tử cung cấp một giải pháp thay thế.

Mặc dù nó không thể di chuyển các đối tượng từ nơi này sang nơi khác, nhưng nó có thể di chuyển thông tin bằng cách tận dụng tính chất lượng tử gọi là “sự vướng víu”: Sự thay đổi trạng thái của một hệ lượng tử này ngay lập tức ảnh hưởng đến trạng thái của một hệ lượng tử khác.

Tiến sĩ Northup nói: “Sau khi vướng mắc, bạn không còn có thể mô tả những trạng thái này một cách riêng lẻ. “Về cơ bản, nó bây giờ là một hệ thống.”

Các hệ thống vướng víu này có thể là các electron, các hạt ánh sáng hoặc các vật thể khác. Tại Hà Lan, Tiến sĩ Hanson và nhóm của ông đã sử dụng cái được gọi là trung tâm trống nitơ – một không gian trống nhỏ trong một viên kim cương tổng hợp, trong đó các electron có thể bị giữ lại.

Hình ảnh

Tín dụng…Marieke de Lorijn cho QuTech

Nhóm đã xây dựng ba trong số các hệ thống lượng tử này, được đặt tên là Alice, Bob và Charlie, và kết nối chúng thành một đường thẳng bằng các sợi quang. Sau đó, các nhà khoa học có thể làm vướng các hệ thống này bằng cách gửi các photon riêng lẻ – các hạt ánh sáng – giữa chúng.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu vướng vào hai electron – một thuộc về Alice, còn lại thuộc về Bob. Trên thực tế, các electron được cho cùng một spin, và do đó được liên kết, hoặc vướng vào nhau, trong một trạng thái lượng tử chung, mỗi electron lưu trữ cùng một thông tin: một sự kết hợp cụ thể của 1 và 0.

Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể chuyển trạng thái lượng tử này sang một qubit khác, một hạt nhân carbon, bên trong viên kim cương tổng hợp của Bob. Làm như vậy sẽ giải phóng điện tử của Bob, và các nhà nghiên cứu sau đó có thể vướng nó với một điện tử khác thuộc về Charlie.

Bằng cách thực hiện một phép toán lượng tử cụ thể trên cả hai qubit của Bob – electron và hạt nhân carbon – sau đó, các nhà nghiên cứu có thể kết dính hai mối liên hệ với nhau: Alice cộng với Bob gắn bó với Bob và Charlie.

Kết quả: Alice vướng vào Charlie, cho phép dữ liệu dịch chuyển qua cả ba nút.

Khi dữ liệu di chuyển theo cách này, mà không thực sự di chuyển khoảng cách giữa các nút, nó sẽ không thể bị mất. Tiến sĩ Hanson nói: “Thông tin có thể được đưa vào một bên của kết nối và sau đó xuất hiện ở bên kia.

Thông tin cũng không thể bị chặn. Một internet lượng tử trong tương lai, được cung cấp bởi dịch chuyển lượng tử, có thể cung cấp một loại mã hóa mới về mặt lý thuyết là không thể phá vỡ.

Trong thử nghiệm mới, các nút mạng không quá xa nhau – chỉ khoảng 60 feet. Nhưng các thí nghiệm trước đây đã chỉ ra rằng các hệ thống lượng tử có thể bị vướng vào những khoảng cách xa hơn.

Hy vọng rằng, sau vài năm nghiên cứu nữa, dịch chuyển lượng tử sẽ khả thi trên nhiều dặm. Tiến sĩ Hanson nói: “Chúng tôi đang cố gắng thực hiện điều này bên ngoài phòng thí nghiệm.



Nguồn The NewYork Times

Bài viết liên quan

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Bài viết mới nhất

Kết nối với chúng tôi

333Thành viênThích
259Người theo dõiTheo dõi