Tương lai truyền thông lượng tử qua vệ tinh không còn xa

Sự truyền thông bởi các hệ mã hóa lượng tử mang lại sự an toàn tuyệt đối, nhưng với điều kiện là bạn phải làm chủ được công nghệ.

Nhiều gia thức mã hóa lượng tử hoạt động bằng cách đo spin “lên” hoặc “xuống” trên các cặp photon bị vướng víu chia sẻ giữa một người gửi, thường gọi là Alice, và một người nhận gọi là Bob. Hai thành viên của cặp photon vướng víu luôn có spin ngược hướng nhau. Nếu một kẻ nghe trộm chặn một photon lại, thì hoạt động đọc nó sẽ ảnh hưởng đến cặp đôi vướng víu và có thể phát hiện ra được.

Đã có lời giải cho bài toán đầy tham vọng lâu nay rồi chăng? (Ảnh: Orbital Sciences Corporation)

Kỉ lục khoảng cách cho sự truyền thông mã hóa lượng tử giữa hai địa điểm trên Trái đất hiện nay là 144 km. Nếu sự mã hóa lượng tử được triển khai trên quy mô toàn cầu, thì dữ liệu phải được gửi qua các cổng kết nối vệ tinh, và ở đây phương pháp truyền thống gặp phải trở ngại: sự thu nhận tín hiệu lên và xuống của một vệ tinh đang quay trên quỹ đạo thay đổi theo thời gian, khiến nó khó nhận ra spin của một photon và xác lập khóa mã hóa.

Một đội khoa học tại Đại học Bristol ở Anh quốc vừa phát minh ra một giao thức độc lập với sự định hướng khai thác thực tế là các photon có thể vừa có sự phân cực tròn vướng víu vừa có spin vướng víu.

Ánh sáng phân cực tròn có thể hình dung là cái đinh ốc xoắn theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ theo trục truyền của nó. Hai dạng xoắn đó được nhận ra dễ dàng, cho dù sự định hướng của người nhận là như thế nào không quan trọng.

Một số hệ máy chiếu phim 3D hiện đại đã phân cực ánh sáng theo cách này để phân biệt hai hình ảnh dùng để tạo ra ảo giác 3D. Làm như vậy đảm bảo một người xem phim đeo kính phân cực sẽ nhìn thấy hiệu ứng 3D cho dù đầu họ có nghiêng đi.

Một hệ 3D sử dụng ánh sáng phân cực ngang và phân cực dọc để phân biệt hai hình ảnh chỉ hoạt động nếu như kính mắt của người xem được định hướng cùng chiều lên-xuống như máy chiếu của rạp – nói cách khác, nó chỉ hoạt động khi kính đeo và máy chiếu cùng chia sẻ chung một hệ tham chiếu vật lí.

Nếu thông tin được mã hóa trên phương diện phân cực tròn của sự vướng víu photon, thì có khả năng cho Alice và Bob thiết lập một khóa mã hóa lượng tử, cho dù họ không có chung một hệ tham chiếu vật lí.

Hệ thống tương đối đơn giản trên vẫn còn hạn chế ở chỗ phát hiện người nghe trộm, nhưng Anthony Laing, một thành viên của đội nghiên cứu ở Bristol, cho biết có nhiều cách để giải quyết vấn đề đó. Mặc dù sự thiếu một hệ tham chiếu chung cản trở việc sử dụng các phép đo spin lên/xuống thông thường để xác lập một khóa mã hóa, nhưng người gửi và người nhận vẫn có thể đo chúng.

Và sự kết hợp những phép đo như vậy trên chuỗi photon dùng để mã hóa kênh truyền thông là đủ để phát hiện ra kẻ nghe trộm. Toán học chỉ là thủ thuật thôi, còn “vật lí mới mang lại phương thức cố hữu để làm như vậy”, Laing nói.

Norbert Lütkenhaus tại trường Đại học Waterloo ở Ontario, Canada, cho biết giao thức mới trên có khả năng là một công cụ rất hữu ích trong sự phát triển công nghệ thông tin lượng tử. Nhưng ông nói thêm rằng vấn đề lớn nhất trong sự truyền thông qua vệ tinh trên Trái đất là thực tế các photon có xu hướng bị thất thoát sau khi truyền đi những khoảng cách xa, làm giảm hiệu suất truyền thông, và các máy dò photon thỉnh thoảng ghi nhận sự phát hiện khi mà chẳng có mặt photon nào hết, điều đó có thể gây ra sai số trong dữ liệu.

Nguồn: New Scientist

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn