Các khuyết tật trong kim cương – khuyết tật nguyên tử trong đó cacbon được thay thế bằng nitơ hoặc một nguyên tố khác – có thể cung cấp một giao diện gần như hoàn hảo cho tính toán lượng tử, một phương thức trao đổi thông tin liên lạc được đề xuất hứa hẹn sẽ nhanh hơn và an toàn hơn các phương pháp hiện tại. Tuy nhiên, có một vấn đề lớn: những lỗ hổng này, được gọi là trung tâm trống nitơ kim cương, được điều khiển thông qua từ trường, không tương thích với các thiết bị lượng tử hiện có. Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng kết nối Altair, một máy tính cá nhân đầu tiên được phát triển vào năm 1974, với Internet qua WiFi. Đó là một nhiệm vụ khó khăn, nhưng không phải là bất khả thi. Hai công nghệ nói các ngôn ngữ khác nhau, vì vậy bước đầu tiên là giúp dịch.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Yokohama đã phát triển một phương pháp tiếp cận giao diện để kiểm soát các trung tâm trống nitơ kim cương theo cách cho phép dịch trực tiếp sang các thiết bị lượng tử. Họ đã công bố phương pháp của mình vào ngày 15 tháng 12 trên tạp chí Communications Physics.
“Để hiện thực hóa internet lượng tử, cần có một giao diện lượng tử để tạo ra sự vướng víu lượng tử từ xa bởi các photon, đây là một phương tiện giao tiếp lượng tử,” tác giả tương ứng Hideo Kosaka, giáo sư tại Trung tâm Nghiên cứu Thông tin Lượng tử, Viện Khoa học Cao cấp và tại Bộ Vật lý, Khoa Kỹ thuật Sau đại học, cả hai đều thuộc Đại học Quốc gia Yokohama.
Internet lượng tử được hứa hẹn bắt nguồn từ công trình trị giá hơn một thế kỷ, trong đó các nhà nghiên cứu xác định rằng các photon đồng thời là hạt và sóng ánh sáng – và trạng thái sóng của chúng có thể tiết lộ thông tin về trạng thái hạt của chúng và ngược lại. Hơn thế nữa, hai trạng thái có thể ảnh hưởng lẫn nhau: việc chèn ép sóng có thể làm dập nát hạt, có thể nói như vậy. Bản chất của họ là vướng víu, thậm chí trên những khoảng cách rộng lớn. Mục đích là để kiểm soát sự vướng víu để giao tiếp dữ liệu rời rạc ngay lập tức và an toàn.
Kosaka cho biết, nghiên cứu trước đây đã chứng minh sự vướng víu có kiểm soát này có thể đạt được bằng cách áp dụng từ trường vào các trung tâm trống nitơ, nhưng cần phải có một phương pháp tiếp cận không từ trường để tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa internet lượng tử.
Nhóm của ông đã sử dụng thành công sóng phân cực vi sóng và ánh sáng để vướng vào một photon phát ra và các qubit spin trái, lượng tử tương đương với các bit thông tin trong các hệ thống cổ điển. Các phân cực này là các sóng di chuyển vuông góc với nguồn gốc, giống như các sóng địa chấn phát ra theo phương ngang từ sự dịch chuyển đứt gãy theo phương thẳng đứng. Trong cơ học lượng tử, đặc tính spin – thuận tay phải hoặc trái – của photon xác định cách chuyển động phân cực, có nghĩa là nó có thể dự đoán và kiểm soát được. Theo Kosaka, khi gây ra sự vướng víu thông qua thuộc tính này trong một từ trường không có từ tính, kết nối sẽ xuất hiện vững chắc trước các biến số khác.
Kosaka cho biết: “Bản chất hình học của sự phân cực cho phép chúng ta tạo ra rối lượng tử từ xa có khả năng chống nhiễu và sai số thời gian.”
Theo Kosaka, nhóm của ông sẽ kết hợp cách tiếp cận này với việc truyền thông tin lượng tử đã được chứng minh trước đó thông qua dịch chuyển tức thời để tạo ra rối lượng tử và kết quả là trao đổi thông tin giữa các địa điểm ở xa. Kosaka cho biết, mục tiêu cuối cùng là tạo điều kiện cho một mạng lưới máy tính lượng tử được kết nối để thiết lập một mạng internet lượng tử.
Kosaka cho biết: “Việc hiện thực hóa mạng internet lượng tử sẽ cho phép mật mã lượng tử, tính toán lượng tử phân tán và cảm nhận lượng tử trong khoảng cách xa hơn 1.000 km.”
Theo: Thebrighterside.
