Giao tiếp trong tương lai sẽ “miễn nhiễm” trước hacker – VnReview

Kỉ lục mới được xác lập về rối lượng tử sẽ giúp việc giao tiếp trong tương lai trở nên an toàn tuyệt đối.

Theo Live Science, một vệ tinh của Trung Quốc đã thành công trong việc chia tách từng cặp photon bị “rối” vào với nhau và truyền chúng tới các trạm riêng biệt có khoảng cách lên đến 745 dặm (tương đương 1200 km), phá vỡ kỉ lục cũ (100 km và truyền bằng cáp quang), đồng thời mở ra những cơ hội mới trong lĩnh vực giao tiếp lượng tử.

Trong vật lý lượng tử, khi các hạt tương tác với nhau theo những cách nhất định, chúng sẽ bị “rối” vào với nhau. Điều này có nghĩa là chúng vẫn sẽ kết nối với nhau dù bị chia cách về mặt địa lý, và các hành động thực hiện trên một hạt sẽ ảnh hưởng đến hạt còn lại.

Trong một nghiên cứu mới được xuất bản trên trang Journal Science vào ngày 15/6, các nhà khoa học tuyên bố rằng họ đã thực hiện thành công việc truyền các cặp photon bị rối tới hai địa điểm khác nhau trên Trái đất với khoảng cách giữa hai địa điểm lên đến 745 dặm (tương đương 1200 km).

Rối lượng tử là một đề tài vô cùng thú vị, không chỉ được dùng để thử nghiệm những quy luật cơ bản của vật lý mà còn có thể tạo ra các hệ thống giao tiếp có độ an toàn tuyệt đối. Các nhà cơ học lượng tử đã chỉ ra rằng việc đo lường một hệ lượng tử chắc chắn sẽ làm xáo trộn nó, nên những hành động nghe lén sẽ không thể nào che giấu được.

Tuy nhiên, việc truyền các hạt bị rối, thường là photon, không phải là điều đơn giản, đặc biệt là ở khoảng cách xa. Khi di chuyển trong không khí hay cáp quang, môi trường xung quanh sẽ ảnh hưởng tới các hạt đó, nên với khoảng cách quá lớn tín hiệu sẽ bị phân rã và trở nên quá yếu để có thể thực sự có ích.

Trong năm 2003, ông Pan Jianwei, giáo sư vật lý lượng tử của Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã triển khai một công trình nghiên cứu dựa trên các hệ thống vệ tinh được thiết kế để phóng các cặp photon xuống các trạm dưới mặt đất. Do phần lớn quãng đường di chuyển của các hạt được thực hiện ở chân không, hệ thống sẽ ít bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh hơn.

Chia sẻ với Live Science, ông Pan có nói: “Nhiều người cho rằng đó là ý tưởng điên rồ, bởi vì việc thực hiện các thí nghiệm lượng tử bằng cáp quang chất lượng cao đã rất khó khăn rồi. Tại sao có thể làm được các thí nghiệm tương tự ở quy mô lên tới hàng nghìn km, khi cáp quang (ở thời điểm hiện tại) chỉ truyền được với tốc độ 8 km/s?”

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã sử dụng vệ tinh Micius của Trung Quốc, vốn đã được phóng vào không gian vào năm ngoái, để truyền các cặp photon bị rối. Vệ tinh này được trang bị nguồn photon siêu sáng và một hệ thống APT (buying, pointing and monitoring – thu, phát và theo dõi) có độ chính xác cao. Hệ thống sử dụng các đèn hiệu la-ze có trên vệ tinh và ở các trạm trên mặt đất để thiết lập một mạng lưới thu phát tín hiệu.

Khi hạt photon hoàn thành quãng đường di chuyển, các nhà khoa học đã tiến hành kiểm tra và xác nhận rằng các hạt này vẫn còn mối liên kết với nhau mặc dù đã trải qua quãng đường từ 1600 km đến 2400 km, tùy thuộc vào vị trí của vệ tinh khi tiến hành thí nghiệm.

Ông Pan Jianwei, người đứng đầu của nhóm nghiên cứu đã xác lập được kỉ lục mới

Theo các nhà khoa học, chỉ có 10 km cuối cùng của bầu khí quyển Trái đất đủ dày để gây cản trở đáng kể đến các hạt photon. Điều này cũng đồng nghĩa với việc hiệu quả của thí nghiệm lần này cao hơn rất nhiều so với các phương thức sử dụng cáp quang trong quá khứ.

Ông Pan nhấn mạnh: “Chúng tôi đã đạt được thành tựu mới có hiệu quả gấp 1000 tỷ lần so với việc sử dụng những sợi cáp quang tốt nhất. Nếu không có vệ tinh, điều mà chúng tôi đã làm được là hoàn toàn bất khả thi.”

Bên cạnh việc thực hiện các thí nghiệm, những hệ thống như thế này còn có một tiềm năng rất lớn nữa là thực hiện “phân phối chìa khóa lượng tử”, trong đó các hệ thống giao tiếp lượng tử sẽ dùng một chìa khóa được mã hóa và nó sẽ không thể bị can thiệp từ bên ngoài mà không để lại dấu vết. Theo các chuyên gia, khi được kết hợp với các thuật toán mã hóa phù hợp, hệ thống này sẽ “miễn nhiễm” trước hacker, ngay cả khi các tin nhắn bị mã hóa được truyền ở các kênh thông thường.

Artur Ekert, giáo sư vật lý lượng tử của Đại học Oxford, Anh Quốc, là người đầu tiên mô tả cách thức hoạt động của các hạt photon bị “rối” có thể được sử dụng để truyền một chìa khóa đã được mã hóa.

Ông đã nói với Live Science rằng: “Những thí nghiệm của người Trung Quốc là những thành tựu công nghệ vô cùng đặc biệt. Khi tôi đề xuất ý tưởng này vào năm 1991, lúc tôi vẫn còn là một sinh viên của trường Oxford, tôi không nghĩ rằng nó có thể đạt được những tầm cao như thế này!”

Tuy nhiên, theo ông Pan, các vệ tinh hiện tại vẫn chưa sẵn sàng để có thể sử dụng trong thực tế. Quỹ đạo bay thấp của chúng khiến cho các trạm mặt đất chỉ có thể sử dụng trong khoảng 5 phút mỗi ngày, và bước sóng của các photon đã sử dụng cũng cho thấy rằng hệ thống chỉ có thể hoạt động vào ban đêm.

Ông cũng cho biết thêm là để tăng thời gian và diện tích phủ sóng cũng đồng nghĩa với việc chúng ta cần phải phóng các vệ tinh mới với quỹ đạo cao hơn. Kính thiên văn lớn hơn, các hệ thống theo dõi chính xác hơn và hiệu quả liên kết cao hơn cũng là những yêu cầu bắt buộc phải có. Để có thể hoạt động vào ban ngày, chúng ta cũng cần các bước sóng được sử dụng trong viễn thông của các hạt photon.

Trong khi việc phát triển các mạng lưới giao tiếp lượng tử trong tương lai vẫn còn một chặng đường dài phía trước, ông Thomas Jennewein, phó giáo sư của Viện Máy tính Lượng tử thuộc Đại học Waterloo, Canada, cho rằng nhóm của ông Pan đã làm được những phần công việc quan trọng nhất: “Tôi đã làm trong lĩnh vực này từ năm 2000 và đã nghiên cứu về việc thực hiện các thí nghiệm tương tự từ ngoài không gian. Tôi đánh giá rất cao sự dũng cảm, tâm huyết và các kĩ năng mà nhóm nghiên cứu đến từ Trung Quốc đã thể hiện”.

Văn Hoàn