Trung Quốc "dịch chuyển tức thời" hạt photon lên vũ trụ

Các nhà khoa học Trung Quốc đã "dịch chuyển tức thời" thành công một hạt photon lên vệ tinh Micius cách mặt đất 500 km.

Vào đầu những năm 1990, các nhà khoa học chỉ suy đoán rằng dịch chuyển bằng vật lý lượng tử có thể thực hiện được. Kể từ đó, quá trình này đã trở thành một hoạt động tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm quang học lượng tử trên toàn thế giới. Trên thực tế, đến năm ngoái, hai nhóm đã thực hiện thành công việc "dịch chuyển lượng tử" lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm.

Bây giờ, các nhà khoa học Trung Quốc đã đưa quá trình này tiến thêm một bước nữa: Họ dịch chuyển thành công một photon từ Trái đất lên vệ tinh với khoảng cách khoảng 500 km.

Theo Bussiness Insider, vệ tinh trong thí nghiệm này được gọi là Micius – thực chất là một máy thu ảnh có độ nhạy lớn với khả năng phát hiện trạng thái lượng tử của các photon đơn lẻ được phóng từ mặt đất. Micius đã được các nhà khoa học phóng lên để thực hiện các thí nghiệm kiểm tra việc truyền mật mã hay dịch chuyển.

Công nghệ được dùng trong thí nghiệm này là teleport hoặc teleportation hay thường được gọi là "dịch chuyển tức thời". Đó là một hình thức di chuyển vượt không gian và thời gian, khiến quãng đường hàng ngàn km cũng chỉ mất vài giây để vượt qua. Nhóm nghiên cứu này không chỉ di chuyển vật thể đầu tiên từ mặt đất tới quỹ đạo mà còn tạo ra mạng lượng tử từ vệ tinh tới mặt đất đầu tiên, phá vỡ kỷ lục khoảng cách được thiết lập trước đây là khoảng 100 km.

Nhóm nghiên cứu cho MIT Technology Review biết: "Dịch chuyển teleportation đường dài đã được công nhận là một yếu tố cơ bản trong các giao thức như mạng lượng tử quy mô lớn và tính toán lượng tử phân tán. Các thí nghiệm dịch chuyển trước đây giữa các vị trí xa xôi được giới hạn ở khoảng cách 100 km, do mất photon trong các sợi quang hay các kênh không gian trên mặt đất".

Điều gì đến trong tâm trí khi bạn nghĩ về dịch chuyển?

Bộ não của bạn có thể gợi lên những hình ảnh Scotty trong "Star Trek" nhưng đây là một quá trình khác so với bộ phim khoa học giả tưởng này. Vận chuyển lượng tử dựa vào sự "rối lượng tử" hay "liên đới điện tử" - một tình huống trong đó một tập hợp các vật lượng tử (như photon) hình thành cùng một khoảnh khắc và điểm trong không gian.

Bằng cách này, họ chia sẻ cùng một sự tồn tại. Sự tồn tại chia sẻ này vẫn tiếp tục ngay cả khi các photon bị tách ra (không có tiếp xúc vật lý nào - có nghĩa là khi người ta gây một tác động bất kỳ lên vật thứ nhất, vật thứ hai sẽ chịu tác động tương tự (bất kể khoảng cách của chúng).

Liên kết này có thể được sử dụng để truyền thông tin lượng tử bằng cách "tải" các thông tin liên quan đến một photon qua một liên kết "liên đới lượng tử" với một photon khác.

Trong trường hợp cụ thể này, nhóm nghiên cứu Trung Quốc tạo ra các cặp photon "liên đới lượng tử" với tần suất lên tới 4.000 mỗi giây. Sau đó, họ phóng một hạt photon lên vệ tinh, giữ một hạt ở lại. Cuối cùng, họ tạo ra được một trạng thái "liên đới lượng tử" với khoảng cách lên tới 500km.

Cần lưu ý rằng có một số giới hạn đối với công nghệ này. Chẳng hạn như việc vận chuyển các hạt có kích thước lớn là chưa khả thi. Về lý thuyết, cũng không có khoảng cách vận chuyển tối đa, nhưng sự "liên đới lượng tử" khá mong manh và các liên kết này có thể dễ dàng bị phá vỡ.

Dù có những giới hạn như thế nhưng thí nghiệm này đã mở đường cho các nghiên cứu đầy tham vọng hơn về dịch chuyển lượng tử. Nhóm nghiên cứu cho biết: "Nghiên cứu này đã tạo ra kết nối đầu tiên từ vệ tinh đến trung tâm để truyền tải lượng tử với khoảng cách trung bình và cực kì dài, một bước tiến quan trọng đối với Internet lượng tử quy mô toàn cầu".

Bạch Đằng