Các nhà nghiên cứu tuyên bố đã có thể thực hiện dịch chuyển tức thời 1
hạt electron
Các nhà nghiên cứu công nghệ nano tại Đại học TU Delft's Kavli, Hà Lan vừa tuyên bố đã có thể thực hiện thành công truyền dữ liệu thông qua một hệ thống dịch chuyển tức thời. Bằng cách khai thác hiện tượng lượng tử mang tên rối hạt, nhóm nghiên cứu có thể truyền 1 đoạn thông tin trong khoảng cách 3 mét mà không cần truyền đi qua không gian theo những phương pháp đã biết từ trước tới nay. Nghiên cứu đã mở ra một cánh cửa mới về sự phát triển của mạng máy tính lượng tử trong tương lai. Công trình nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Nature.
Giáo sư Ronald Hanson, người dẫn đầu dự án cho biết: "Rối hạt là 1 hiện tượng kỳ lạ và hấp dẫn trong cơ chế hoạt động của cơ học lượng tử. Khi 2 hạt trở nên rối ren, đặc tính của chúng sẽ bị biến đổi hoàn toàn khác: một tổ hợp mới được hình thành và không thể xác định được sự hiện diện của mỗi hạt ban đầu thông qua đặc tính. Các hạt bị rối hành xử hoàn toàn giống nhau ngay cả khi bị ngăn cách bởi một khoảng cách lớn."
Hình ảnh thiết lập thí nghiệm
Như ta đã biết, các electron trong nguyên tử tồn tại và xoay quanh hạt nhân theo một quỹ đạo tương tự như Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Do đó, hành động duy nhất của các electron chính là "xoay". Khi 2 electron bị rối (do tương tác với nhau về mặt vật lý) và sau đó bị tách ra, thông tin quỹ đạo quay của mỗi electron sẽ bị đảo ngược so với electron còn lại. Nói một cách nôm na, 2 hạt là hiện tượng hình ảnh phản xạ qua chiếc gương.
Tuy nhiên, khi hiện tượng rối hạt xảy ra vì một số tác nhân nào đó và electron bị rối thay đổi hướng quay, toàn bộ các electron khác xung quanh cũng sẽ thay đổi hướng quay của chúng ngay lập tức. Khoảng cách mà nhóm nghiên cứu đã thực hiện thử nghiệm là 3 mét, nhưng trên mặt lý thuyết, khoảng cách này có thể nâng lên tới hàng trăm năm ánh sáng. Trước đây, Einstein đã từng đưa ra nhiều lập luận để phản đối thuyết rối hạt nêu trên nhưng rõ ràng, các nhà khoa học hiện đại đã chứng minh đây là hiện tượng hoàn toàn khả thi.
Ảnh chụp tại 1 electron bên trong 1 viên kim cương và hư cấu đường đi của thông tin. Ảnh thật có kích thước 40 nanomet.
Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã dịch chuyển tức thời lượng thông tin chứa đựng trong 1 bit lượng tử (ký hiệu là qubit, biểu hiện lượng tử của 1 bit máy tính tiêu chuẩn) từ qubit này tới 1 qubit khác bằng các chip máy tính có thiết kế đặc biệt. Mỗi con chip chính là 1 viên kim cương tổng hợp có chứa các electron đã bị rối hạt và một vài nguyên tử nito. Dữ liệu được mã hóa để sẵn sàng truyền đi và biểu hiện dưới sự thay đổi phản ứng xoay của các electron. Kết quả cho thấy, phản ứng xoay của các electron rối trong viên "kim cương nhận" hoàn toàn trùng khớp với chuyển động xoay của electron rối tại "kim cương gởi".
Giáo sư Hanson giải thích: "Chúng tôi sử dụng kim cương vì "các nhà tù mini" dành cho các electron rối được hình thành trong vật liệu này ngay khi nguyên tử nito nằm trong vị trí của 1 trong số các nguyên tử carbon. Kỹ thuật này cho phép chúng tôi có thể tập trung vào nghiên cứu và kiểm chứng 1 electron duy nhất mà không bị lẫn vào các electron khác. Do đó, chúng tôi có thể thiết lập hướng quay của các hạt này ở trạng thái định trước cũng như kiểm tra hướng quay của electron bị ảnh hưởng. Cuối cùng là đọc dữ liệu từ hướng quay."
Hàng loạt các thấu kính được lắp đặt để chiếu tia laser vào viên kim cương
Một kết quả thực tế của nghiên cứu trên chính là mở ra một cánh cửa mới cho việc hình thành của mạng lưới truyền thông lượng tử trong tương lai - một mạng internet lượng tử - kết nối các máy tính lượng tử siêu nhanh lại với nhau. Đồng thời, phương pháp trên cho phép có thể chuyển hoàn toàn thông tin một cách an toàn. Cụ thể, vấn đề trộm cắp thông tin sẽ không thể xảy ra do cơ học lượng tử đảm bảo các phép đo lường luôn cực kỳ chính xác, và bất cứ một tác động nào sẽ bị phát hiện ngay lặp tức.
Trong các thí nghiệm ở tương lai, nhóm nghiên cứu dự định sẽ tăng khoảng cách lên hơn 1300 mét với các con chip bố trí trong các tòa nhà tại phân bố khắp khuôn viên của trường Đại học. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ là những người đầu tiên phát hiện ra bằng chứng để chứng minh sự tồn tại của thuyết rối hạt, và bác bỏ sự phản đối của thiên tài Einstein. Hãy tưởng tượng xa hơn nữa, có thể con người sẽ có thể thực hiện dịch chuyển tức thời các vật dụng hay thậm chí là con người, chuyện mà trước đây chỉ tồn tại trong phim viễn tưởng.
