Trong một thí nghiệm, các nhà khoa học mới đây đã thành công trong việc "dịch chuyển tức thời" thông tin lượng tử với độ tin cậy cao ở khoảng cách 44 km. Đây là bước tiến mới nhắm hướng đến một tương lai loài người sẽ được sử dụng internet lượng tử siêu nhanh và siêu an toàn. Mã hóa lượng tử và Viễn tải lượng tử là kỹ thuật sử dụng hiện tượng vướng víu lượng tử của các hạt vật chất, thí dụ như các photons ánh sáng, để truyền những thông tin đã được mã hóa, từ đó tạo nên một mạng viễn thông lượng tử siêu bảo mật. Đây từ lâu là mơ ước của các nhà khoa học bởi những đặc tính kỳ diệu của nó, thế nhưng quá trình phát triển luôn đối mặt với thách thức cực lớn về mặt vật lý: các photons vướng víu cực khó để có thể truyền đi xa. Trên mặt lý thuyết, vướng víu lượng tử (hoặc rối lượng tử) được mô tả với 2 photons có liên hệ với nhau, trong đó trạng thái của photon này quyết định trạng thái của photon kia nên nếu đo lường được trạng thái của photon này thì sẽ biết được trạng thái của photon còn lại. Nếu duy trì được sự vướng víu của cặp photon này thì chúng ta sẽ có được một kênh thông tin liên lạc hoàn toàn không thể nhiễu loạn. Để làm được điều này là thách thức đối với các nhà khoa học bởi photon khó có thể truyền đi ở khoảng cách xa mà không bị nhiễu. Hiện tại vẫn chưa rõ các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm vật lý hạt và máy gia tốc Fermilab có trụ sở tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã làm gì để đạt được thành tựu nói trên, nhưng đó chắc chắn là bước tiến mới mà loài người vừa đạt được trong lĩnh vực công nghệ lượng tử. 14. Trích phần Thử nhìn lại vị trí của Phan Bội Châu và Phan Chu Trinh trong hành trình dân tộc vào thế kỷ XX, trang 290 trong sách Việt Nam và Nhật Bản giao lưu văn hóa, Vĩnh Sính, nxb Văn Nghệ (2001). Theo Yoshikawa Yasuhisa thuyết trình trong cuộc Hội thảo về giao lưu văn hóa giữa Pháp với bốn nước Viễn đông (Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc và Việt Nam) tại Thư viện quốc gia François Mitterand (2004), người Nhật thời Minh Trị Thiên Hoàng vì ý thức được khoảng cách quá xa về tư duy khoa học của họ so với Âu châu nên mấy cuốn sách được họ chuyển ngữ trước tiên là của Jules Verne về khoa học viễn tưởng, rồi sau mãi mới đến khoa học nhân văn, triết lý, xã hội với Jean-Jacques Rousseau, Victor Hugo, Emile Zola… Nếu so sánh cặp photon với một đôi giày, thì hiện tượng “rối lượng tử” có thể coi là chọn ngẫu nhiên một chiếc giày và khi xác định được nó, một người sẽ lập tức biết được bản chất của chiếc giày còn lại bất kể nó nằm ở đâu. Tuy vậy, yếu tố gây tò mò chính là sự bất định của quá trình xác định bản chất của chiếc giày, vốn không rõ ràng cho tới đúng thời điểm đo đạc.  Dựng lại hình ảnh của cặp hạt photon rối lượng tử - Ảnh: Nature. Hàm sóng, vốn là nguyên lý trọng tâm của cơ học lượng tử, cung cấp cái nhìn cụ thể về trạng thái lượng tử của hạt. Như trong ví dụ về chiếc giày ở trên, “hàm sóng” của giày sẽ bao gồm những thông tin như giày trái hay phải, cỡ giày, màu giày, v.v… Chính xác hơn, hàm sóng cho phép các nhà khoa học dự đoán kết quả của các phép đo đạc tính lượng tử của hạt, ví dụ như vị trí hay vận tốc. Khả năng dự đoán này đáng giá ngàn vàng, nhất là khi lĩnh vực công nghệ lượng tử đang tiến bộ với tốc độ chóng mặt. Khi ta biết trạng thái lượng tử được sinh ra, hoặc biết được tính chất của hạt, ta có thể thử nghiệm được máy tính lượng tử. Hơn nữa, trạng thái lượng tử của hạt trong máy tính lượng tử vốn rất phức tạp, liên quan tới nhiều thực thể sở hữu những trạng thái lượng tử của riêng mình. Việc xác định được hàm sóng của một hệ thống lượng tử vốn rất khó - quy trình này còn được gọi là chụp cắt lớp trạng thái lượng tử (quantum state tomography), hay ngắn gọn là chụp cắt lớp lượng tử (quantum tomography). Phương pháp cơ bản sẽ yêu cầu một lượng lớn các phép đo, số lượng tăng tỷ lệ thuận với độ phức tạp của hệ thống. Nhưng nghiên cứu trước đây cho thấy: để chụp được trạng thái lượng tử của hai photon có trong một hệ thống phức tạp, một nhóm nghiên cứu sẽ mất vài giờ hay thậm chí vài ngày. Chưa hết, chất lượng kết quả đo đạc rất nhạy cảm với các tín hiệu nhiễu, đồng thời phụ thuộc nhiều vào độ phức tạp của hệ thống. Có thể so sánh phương pháp quy chiếu của chụp cắt lớp lượng tử với việc nhìn vào bóng được chiếu lên tường của một vật thể. Dựa trên những gì quan sát được, các nhà khoa học có thể ước tính được trạng thái của toàn bộ photon. Ví dụ như từ hình chụp 2D, ta luận ra được dạng 3D của vật thể. Trong quang học cổ điển tồn tại một cách khác để dựng được hình 3D. Được gọi là kỹ thuật chụp ảnh toàn ký kỹ thuật số (digital holography), phương pháp này dựa trên một hình ảnh duy nhất sinh ra từ lượng ánh sáng tán ra sau khi chiếu vào vật thể. Công nghệ càng phát triển, khả năng tạo hình 3D càng tiên tiến - Ảnh: Internet. Áp dụng và đồng thời mở rộng phương pháp này với một cặp hạt photon, nhóm nghiên cứu dẫn dắt bởi Ebrahim Karimi - đồng chủ nhiệm viện nghiên cứu Liên hệ Công nghệ Lượng tử Ottawa (NexQT) và Phó giáo sư công tác tại Faculty of Science - đã cố gắng chụp ảnh hiện tượng rối lượng tử. Việc tái dựng trạng thái lượng tử của hai photon yêu cầu các nhà khoa học chồng lên chúng một trạng thái lượng tử khác vốn đã được tìm hiểu kỹ càng, sau đó phân tích vị trí của hai hạt photon. Kết quả việc ghi hình vị trí của hai photon được gọi là “ảnh trùng hợp ngẫu nhiên - coincidence image”. Những photon này có thể tới từ nguồn sáng được dùng trong thí nghiệm hoặc một nguồn không rõ khác, bởi lẽ cơ học lượng tử khẳng định rằng nguồn của photon không thể được xác định. Quá trình đo đạc photon sinh ra những hình mẫu giao thoa mà từ đó, các nhà khoa học tính được hàm sóng. Thử nghiệm thành công là nhờ một hệ thống camera có thể ghi lại được những pixel ở độ phân giải nano giây. Giáo sư Alessio D’Errico công tác tại Đại học Ottawa, cũng là một trong nhiều tác giả nghiên cứu mới, nhấn mạnh vào lợi thế của phương pháp nghiên cứu sáng tạo. “Cách này nhanh hơn nhiều những phương pháp trước đây, chỉ cần vài phút hoặc vài giây so với thời gian vài ngày như trước đây. Quan trọng nhất, thời gian [đo đạc ra kết quả] không bị ảnh hưởng bởi tính phức tạp của hệ thống”, giáo sư cho hay. Nghiên cứu mới không chỉ có ý nghĩa với cộng đồng học thuật. Nó có tiềm năng đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu công nghệ lượng tử, đơn giản như cải thiện khả năng xác định bản chất của trạng thái lượng tử, của các hệ thống liên lạc lượng tử, thậm chí giúp phát triển những phương pháp chụp hình lượng tử mới. |
