Truyền thông lượng tử và các photon vướng víu trong chất rắn

Hai nhóm nghiên cứu độc lập nhau đã chứng minh được một cặp photon vướng víu có thể chuyển trạng thái của chúng vào và ra một chất rắn như thế nào – quá trình mà trong một ngày gần đây sẽ là xương sống của các bộ nhở lượng tử hay các bộ lặp. thiết bị này có thể giúp các hệ thống thông tin lượng tử truyền tải thông tin trên khoảng cách lớn, với ít nhiễu hơn.

“ Trong khi vài năm trước tôi còn ngờ vực sự hữu ích của bộ khuyếch đại hay các mạng lượng tử có thể chế tạo được hay không, thì giờ đây tôi rất tự tin… rằng mục tiêu này có thể đạt đến trong năm đến mười năm tới,” theo lời của Wolfgang Tittel, làm việc tại đại học Calgary, Canada, tác giả của  một trong những bài báo đăng tải trên Nature hôm qua.

truyen-thong-luong-tu-va-cac-photon-vuong-viu-trong-chat-ran

Tương lai của truyền thông phụ thuộc vào các photon vướng víu.

Truyền thông lượng tử đồng nghĩa với việc truyền tải thông tin mà không bị nghe trộm. Hai photon phải là vướng víu, có trạng thái lượng tử liên kết với nhau, thì mới tạo thành chìa khóa để thiết lập sự giải mã thông tin ở cuối mỗi kênh. Nhờ vào nguyên lý bất định trong cơ học lượng tử, không thể truy xuất các mã khóa này mà không phá hỏng nó, vì vậy các nhân viên truyền tin sẽ luôn nhận ra nếu vó một bên thứ ba cố gắng nghe trộm.

Tuy nhiên, một trong những giới hạn của truyền thông lượng tử là sự suy biến của tín hiệu. Trong các mạng thông tin thông thường, các kỉ sư vượt qua vấn đề này bằng cách đưa vào các bộ lặp, giúp ghi nhận các tín hiệu bị phá hủy và tái tạo lại nó với cường độ phù hợp. Vì không thể ghi nhận các trạng thái lượng tử mà không phải phá hỏng nó, nên bộ lặp lượng tử phải giúp hấp thụ và tái lập các photon vướng víu mà không làm ảnh hưởng đến trạng thái của chúng. Các bộ nhớ lượng tử, một dạng thức căn bản hơn bộ lặp, được thiết lập trước đây trong các hệ nguyên tử đơn hoặc khí nguyên tử, nhưng nay đã thực hiện được trong chất rắn, là đòi hỏi nhất thiết của một hệ thống thông tin mạnh mẽ.

Lựa chọn tinh thể

Đây là một thành tựu được xây dựng bởi nhóm của Tittel, gồm các thành viên của Đại học Paderborn, Đức quốc; và cũng giống như vậy, bới Nicolas Gisin và các đồng sự tại |Đại học Geneva, Thụy Điển. Cả hai nhóm đều chỉ ra rằng làm sao một photon trong một cặp vướng víu có thể bị hấp thụ bởi một tính thể được kích thích bởi một ion khí hiếm, để trạng thái lượng tử của nó trở nên lưu trữ được như một nguyên tử bị kích thích. Một phần giây sau đó, một photon mới được phát ra với trạng thái vướng víu nguyên vẹn.

Có những khác biệt trong chứng minh của hai nhóm. Đối với tinh thể, nhóm của Tittel chọn lithium niobate được kích thích bởi thulium, trong khi nhóm của Gisin dùng yttrium silicate được kích thích bởi neodymium. Thêm vào đó, có sự khác nhau giữa laser thiết lập với nhiều tiện lợi hơn cho nhóm của Gisin, với báo cáo thời gian lưu trữ lớn nhất là 200ns với năng suất hơn 20%. Trong khi nhóm của Tittel báo cáo chỉ với thời gian lưu trữ là 7ns với năng suất chỉ 2%. Nói cách khác, thiết bị nhớ của nhóm Tittel với băng tần 5GHz, khoảng 40 lần lớn hơn so với nhóm của Gisin, cũng đồng nghĩa với việc, nhiều thông tin được truyền xa hơn với cùng khoảng thời gian.

Val Zwiller, một nhà vật lý tại Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan, nói rằng hai nhóm nghiên cứu đã tạo nên một bước tiến quan trọng hướng đến các bộ lặp lượng tử, nhưng vẫn chú ý một vài giới hạn quan trọng thách thức kỷ nghệ còn đang ở phía trước. Một trong số đó là hiệu suất thấp, và thực tế, thời gian lưu trữ là không thay đổi đòi hỏi trong các thiết bị thực tiễn. Một vấn đề khác là bước sóng của các photon vướng víu không nằm trong chuẩn truyền tin quốc tế, vào khoảng 1300nm. “Kết quả mà hai bài báo mang lại chỉ mới là bề mặt của vấn đề,” Zwiller kết luận.

Thành viên của cả hai nhóm thừa nhận rằng có một số cách khác đến trước các bộ nhớ hay bộ lặp lượng tử có thể phù hợp với hệ thống thực tế hơn, nhưng tin rằng có những rào cản không phải là không vượt qua được. “Vài giải pháp đang được tiến hành trên thế giới, và tốc độc ủa các tiến trình gần đây giúp chúng tôi tin rằng chúng sẽ được cải tiến vượt bực trong những năm tới, Mikeal Afzelius, một thành viên của nhóm Gisin cho biết.

Tác giả: Jon Cartwright

Theo physicsworld.com

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
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 60)
11/11/2019
Định luật Coulomb về Tĩnh điện 1785 Charles-Augustin Coulomb (1736–1806) “Chúng ta gọi ngọn lửa của đám mây đen ấy là
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 59)
11/11/2019
Lỗ đen 1783 John Michell (1724-1793), Karl Schwarzschild (1873-1916), John Archibald Wheeler (1911-2008), Stephen William Hawking (1942-2018) Các nhà
Chuyển động của các hành tinh đặt ra giới hạn mới lên khối lượng graviton
11/11/2019
Có thể dùng chuyển động của các hành tinh để đưa ra ước tính tốt nhất cho giới hạn trên của khối lượng graviton – một
Đi tìm nguồn gốc của khái niệm du hành thời gian
10/11/2019
Giấc mơ du hành xuyên thời gian vốn đã xưa cũ và ở đâu cũng có. Thế nhưng niềm hứng khởi của con người đối với sự du
Thorium decahydride siêu dẫn ở 161 K
09/11/2019
Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 92)
09/11/2019
Các kiểu máy tính lượng tử Các nhà vật lí đang phát triển máy tính lượng tử không kì vọng chế tạo được ngay một mẫu
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 91)
09/11/2019
Điện toán lượng tử Máy tính lượng tử hứa hẹn làm thay đổi thế giới theo những cách mà chúng ta không thể hình dung nổi.
Định luật Coulomb về tĩnh điện (Phần 2)
08/11/2019
Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), nhà vật lí Pháp nổi tiếng với định luật mô tả lực tương tác giữa hai điện tích

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com