Các phương pháp mã hóa truyền thống hiện nay chủ yếu dựa trên các thuật toán toán học phức tạp. Tuy nhiên, với sự tiến bộ nhanh chóng của máy tính lượng tử, các phương pháp này đang dần trở nên không an toàn. Điều này đã thúc đẩy nhu cầu phát triển các phương pháp bảo mật mới, trong đó phân phối khóa lượng tử (QKD) là một giải pháp tiềm năng. QKD tận dụng các tính chất đặc biệt của vật lý lượng tử để đảm bảo an ninh thông tin trong quá trình truyền dữ liệu, từ đó giúp bảo vệ thông tin khỏi các cuộc tấn công mạng nguy hiểm.
Không giống như Internet hiện tại, dựa trên các bit thông tin có thể là 0 hoặc 1, Internet lượng tử sử dụng các hạt lượng tử (qubit) có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Điều này cho phép thông tin được truyền đi với tốc độ nhanh hơn nhiều và bảo mật hơn nhiều so với công nghệ hiện tại.
Đột phá từ thí nghiệm liên tỉnh sử dụng chấm lượng tử
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Light: Science and Applications, một nhóm các nhà khoa học Đức do Giáo sư Fei Ding từ Đại học Leibniz Hannover (LUH), Giáo sư Stefan Kück từ Viện Vật lý và Công nghệ Liên bang (PTB) tại Đức và Giáo sư Peter Michler từ Đại học Stuttgart dẫn đầu đã tiến hành thí nghiệm phân phối khóa lượng tử đầu tiên sử dụng một nguồn photon duy nhất từ một chấm lượng tử. Thí nghiệm này không chỉ mở ra khả năng ứng dụng chấm lượng tử trong lĩnh vực truyền thông lượng tử mà còn chứng minh tính khả thi của việc áp dụng công nghệ này vào các mạng truyền thông thực tế.
Các chấm lượng tử, được gọi là “nguyên tử nhân tạo” trong thế giới lượng tử, cho thấy tiềm năng to lớn trong việc phát triển các nguồn sáng lượng tử và được sử dụng để phát ra các photon đơn lẻ – một yếu tố quan trọng trong phân phối khóa lượng tử. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các chấm lượng tử bán dẫn để tạo ra một nguồn photon đơn lẻ, mở ra tiềm năng xây dựng một mạng internet lượng tử an toàn và đáng tin cậy.
Nhờ hiện tượng vướng víu lượng tử, thông tin có thể được truyền đi tức thời, bất kể khoảng cách.
Sự vướng víu lượng tử Lower Saxony
Thí nghiệm được tiến hành trong khuôn khổ dự án Lower Saxony Quantum Link, kết nối các thành phố Hanover và Braunschweig thông qua một sợi quang dài 79 km. Trong thí nghiệm, Alice, một thiết bị tại Đại học Leibniz Hannover, chuẩn bị các photon đơn lẻ để mã hóa thông tin bằng cách điều chỉnh độ phân cực của chúng. Bob, một thiết bị tại Viện Vật lý và Công nghệ Liên bang (PTB) tại Braunschweig, đóng vai trò giải mã các photon đơn lẻ này khi chúng đi qua sợi quang.
Đây là lần đầu tiên một liên kết truyền thông lượng tử được triển khai thành công giữa hai thành phố trong thực tế. Thí nghiệm đã chứng minh rằng việc sử dụng chấm lượng tử có thể có hiệu quả cao trong việc truyền khóa lượng tử qua khoảng cách lớn.
Thông tin được mã hóa bằng các định luật vật lý lượng tử, bất kỳ nỗ lực nào nhằm chặn hoặc sao chép thông tin sẽ làm thay đổi trạng thái của qubit, khiến kẻ tấn công dễ dàng phát hiện.
Thành tựu và tiềm năng phát triển
Nhóm nghiên cứu đã đạt được kết quả ấn tượng với việc truyền khóa lượng tử ổn định và nhanh. Trong phòng thí nghiệm, tỷ lệ khóa dương (SKR) đã đạt được ở khoảng cách lên tới 144 km với độ suy giảm tín hiệu là 28,11 dB. Trên thực tế, việc truyền khóa với tỷ lệ lỗi bit lượng tử thấp kéo dài trong 35 giờ, chứng minh khả năng của công nghệ trong môi trường thực tế.
Kết quả này vượt trội hơn các hệ thống phân phối khóa lượng tử hiện có và tiếp cận hiệu suất của các giao thức QKD tiên tiến dựa trên xung liên kết yếu. Điều này chứng minh tiềm năng to lớn của chấm lượng tử trong việc phát triển các mạng truyền thông lượng tử quy mô lớn và dung lượng cao.
Ngoài phân phối khóa lượng tử, các nhà khoa học hy vọng rằng các chấm lượng tử có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng internet lượng tử khác như bộ lặp lượng tử và cảm biến lượng tử phân tán. Điều này là nhờ khả năng lưu trữ thông tin lượng tử và phát ra trạng thái photon cụm của các chấm lượng tử.
Internet lượng tử sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của máy tính lượng tử, có khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp mà máy tính hiện tại không xử lý được.
Hướng tới tương lai internet lượng tử
Giao tiếp an toàn luôn là nhu cầu cơ bản của con người và công nghệ giao tiếp lượng tử có thể là câu trả lời cho vấn đề này. Bằng cách sử dụng các đặc tính đặc biệt của ánh sáng, công nghệ này đảm bảo rằng thông tin không thể bị chặn hoặc can thiệp. Sự thành công của thí nghiệm đã mở ra một tương lai mới cho các ứng dụng internet lượng tử, nơi thông tin được bảo mật tuyệt đối.
Giáo sư Fei Ding, một trong những người đứng đầu nghiên cứu, đã bày tỏ sự phấn khích của mình: “Vài năm trước, chúng tôi chỉ mơ về việc sử dụng chấm lượng tử trong các tình huống truyền thông lượng tử thực tế. Ngày nay, chúng tôi đã chứng minh được tiềm năng của chúng cho các thí nghiệm và ứng dụng thú vị hơn trong tương lai, hướng tới một mạng internet lượng tử an toàn và hiệu quả hơn”.
Với bước đột phá này, công nghệ lượng tử tiếp tục tiến vào tương lai, mở ra nhiều cơ hội to lớn cho sự phát triển của mạng lưới truyền thông toàn cầu an toàn và mạnh mẽ hơn.
Link nguồn: https://cafef.vn/cac-nha-khoa-hoc-cua-duc-da-be-khoa-thanh-cong-internet-luong-tu-188240916101113768.chn
