Neodymium có thể sẽ là chìa khóa mở ra tương lai cho Internet lượng tử

Bit, đơn vị thông tin điện tử cơ bản nhất kể từ khi ngành công nghệ thông tin ra đời. Một bit luôn chỉ mang ý nghĩa hoặc là có (1), hoặc là không (0). Bởi vậy mà việc lưu trữ dữ liệu dưới dạng bit hết sức đơn giản, và ngày nay chúng ta đang lưu trữ các bit bằng các transistor với kích cỡ nhỏ chỉ bằng nguyên tử mà thôi.

Tuy nhiên, kẻ dẫn dầu trong cuộc đua về thông tin, lại là lượng tử. Trong thế giới của máy tính lượng tử, đơn vị thông tin cơ bản nhất đã biến đổi. Tại đây, bit trở thành qubit. Qubit không mang trạng thái rõ ràng là 1 hay 0, mà là cả hai cùng một lúc. Bởi vậy mà qubit có khả năng lưu trữ được lượng thông tin lớn hơn rất rất nhiều. Tuy nhiên vì qubit lưu trữ thông tin trong trạng thái lượng tử, mà chỉ một biến động nhỏ cũng có thể khiến cho dữ liệu bị tổn hại hoàn toàn. Bởi vậy mà các nhà nghiên cứu hiện nay vẫn đang hết sức "điên đầu" để tạo ra một bộ nhớ lượng tử bền vững và đáng tin cậy.

Tương lai về một hệ thông Internet lượng tử có vẻ không còn quá xa vời.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Caltech đã phát triển một phương pháp lưu trữ dữ liệu lượng tử mới, hiệu quả hơn và gọn nhẹ hơn các phương pháp truyền thống rất nhiều. Phương pháp này dựa trên cơ sở lưu trữ ánh sáng bên trong các tinh thể được làm từ một kim loại hiếm trên trái đất mang tên neodymium. Nghiên cứu này nhiều khả năng sẽ mở ra bước tiến mới trong việc phát triển khả năng truyền dẫn thông tin lượng tử, cũng như trong mạng Internet lượng tử sau này.

Qubit có thể được lưu trữ dưới nhiều dạng khác nhau của vật chất dạng hạt, mà trong đó các nhà khoa học nghiên cứu chủ yếu là hạt photon. Photon là loại hạt cơ bản của lực điện từ (ánh sáng, dòng điện), đồng thời có khả năng giữ được sự ổn định kể cả khi di chuyển trong quãng đường dài. Nhờ vậy, lưu trữ dữ liệu qubit dưới dạng photon có lợi thế rất lớn so với các dạng lưu trữ khác.

Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất trong việc sử dụng photon chính là ở kích cỡ của thiết bị. Và đó là điều mà các nhà nghiên cứu tại Caltech đang hướng tới - khi mà các hệ thống từ trước đến nay có khả năng lưu trữ thông tin lượng tử đều có kích thước quá lớn. Bởi lẽ thế giới của công nghệ thông tin giờ đây đang ngày một thu nhỏ lại.

Vấn đề lớn nhất trong việc sử dụng photon chính là ở kích cỡ của thiết bị. (Ảnh minh họa).

Tinh thể có thể được xem như là nơi lý tưởng nhất để lưu trữ các photon. Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là kết hợp sự cộng hưởng tự nhiên của tinh thể với tần số của các hạt ánh sáng được lưu trữ bên trong tinh thể đó. Nhóm nghiên cứu đang cố gắng hết sức để có thể tăng hiệu quả của hệ thống cũng như của quá trình quay phân cực qubit.

"Phương pháp này cho phép chúng ta thiết kế ra được một hệ thống vật chất-ánh sáng lượng tử, với những ưu thế lưu trữ và chuẩn bị bộ nhớ lượng tử nhanh chóng và hiệu quả hơn" - ông Faraon, trưởng nhóm nghiên cứu, chia sẻ trong báo cáo.

Với việc có thể tạo ra các thiết bị lưu trữ lượng tử ở kích cỡ nhỏ như thế này, chúng ta có thể tưởng tượng đến một thế giới của máy tính lượng tử và mạng Internet lượng tử, cho phép một lượng rất lớn dữ liệu lưu thông trong đó đến các máy tính khác nhau trên toàn thế giới, một cách hết sức an toàn - nhờ vào tính chất bảo mật cao của lượng tử.