Cuộc gọi 7.600km bảo mật tuyệt đối

"Cuộc gọi lượng tử" được bảo vệ tuyệt đối nhờ công nghệ trên cơ sở các khám phá vướng mắc lượng tử mới giữa Áo và Trung Quốc năm 2017. Ảnh: Phys.org

Năm 2004, khi còn đang làm nghiên cứu sinh ở Vienna (Áo), trong một lần trà dư tửu hậu, tôi hỏi giáo sư hướng dẫn của mình, Roland Groessinger: Khi nào thì Áo sẽ có thêm một giải Nobel vật lý nữa? Giáo sư Groessinger trả lời: Áo hiện có một ứng viên sáng giá, đó là giáo sư Anton Zeilinger.

Sở dĩ giới vật lý ở Áo tiên đoán giáo sư Zeilinger sẽ được giải Nobel là vì trước đó mấy năm, ông đã thành công trong việc tiến hành các thí nghiệm vô cùng ấn tượng về bất đẳng thức Bell và viễn tải lượng tử. Đây là nghiên cứu không những chạm sâu vào nền tảng của cơ học lượng tử, mà còn mở ra hướng ứng dụng mới cho công nghệ lượng tử, nên được đánh giá rất cao.

Và nay, gần hai chục năm sau buổi trò chuyện xưa, tiên đoán của giới khoa học Áo đã trở thành hiện thực. Như vậy, giải thưởng năm nay không bất ngờ với giới khoa học.

Nếu có điều gì đáng tiếc cho giải Nobel năm nay thì đó là John S. Bell, người đặt ra cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu thực nghiệm đoạt giải Nobel năm nay, đã không còn sống. Ông mất do xuất huyết não bất ngờ vào ngày 1-10-1990, ngay trước thềm mùa giải Nobel. Dư luận đồn rằng năm đó ông cũng đã được đề cử. Nhiều người cho rằng nếu còn sống, nhiều khả năng Bell sẽ được nhận giải Nobel vật lý năm nay.

Nhóm nghiên cứu của Zeilinger là nhóm đầu tiên thực hiện được viễn tải lượng tử. Theo đó, các trạng thái lượng tử được truyền đi xa tức thì thông qua một chuỗi các cặp hạt vướng mắc lượng tử.

Thoạt nghe, ta có cảm giác như trong phim khoa học viễn tưởng hay phim Tây Du Ký, khi một sự vật biến mất ở nơi này và tức thì hiện ra ở nơi khác. 

Tuy nhiên, với viễn tải lượng tử, chỉ có trạng thái lượng tử của các hạt được chuyển đi tức thì, chứ bản thân các hạt thì không. Nói cách khác, trạng thái tồn tại của các hạt được sao chép và tái hiện ở một nơi khác tức thì, chứ không phải bản thân các hạt.

Vậy viễn tải lượng tử được thực hiện thế nào?

Thay vì sử dụng một cặp hạt vướng mắc lượng tử, Zeilinger đã sử dụng hai cặp hạt vướng mắc lượng tử được tạo ra từ hai nguồn khác nhau, tạm gọi là các cặp hạt 1&2 và 3&4. 

Nếu ta bố trí sao cho hạt 2 và 3 gặp nhau trong thiết bị tạo vướng mắc thì hạt 2 và 3 sẽ trở thành cặp hạt có vướng mắc lượng tử, và ngay lập tức hạt 1 và hạt 4 cũng như vậy, dù chúng chưa bao giờ gặp nhau. Nhờ đó, thông tin lượng tử có thể được lưu trữ và truyền đi xa.

Điều này mở ra một kỷ nguyên mới về ứng dụng công nghệ lượng tử trong đời sống. Điển hình cho ứng dụng này là "cuộc gọi lượng tử" năm 2017 kéo dài 75 phút, qua một khoảng cách dài hơn 7.600km giữa Áo và Trung Quốc. 

Theo đó, bằng cách sử dụng vệ tinh Micius của Trung Quốc và các trạm mặt đất ở Áo, các khóa lượng tử đã được trao đổi với nhau. Các khóa này được dùng để bảo mật cho một cuộc hội thảo trực tuyến thông qua kết nối Internet truyền thống.

Nhờ tính chất của khóa lượng tử, cuộc gọi đã được bảo mật tuyệt đối, không thể bị nghe lén hoặc đánh cắp dữ liệu.

Đánh giá về thành công của sự kiện này, giáo sư Zeilinger cho rằng: "Thực nghiệm này đã chứng minh rằng viễn thông lượng tử là an toàn tuyệt đối, không thể bị nghe lén và có thể hoạt động ở quy mô toàn cầu".

Như vậy, các công trình được giải Nobel năm nay không chỉ mang lại câu trả lời cho một vấn đề có tính nền tảng của cơ học lượng tử, mà còn mở ra những chân trời ứng dụng mới. 

Tuy mới chập chững ở những bước đi đầu tiên, nhưng cuộc cách mạng lượng tử lần thứ hai này có tiềm năng sẽ thay đổi công nghệ và cuộc sống của chúng ta hoàn toàn, tương tự những gì mà cuộc cách mạng lượng tử lần thứ nhất đã thực hiện. ■