Các kỹ sư tại Đại học Pennsylvania đã đạt được một bước đột phá quan trọng, tích hợp thành công các tín hiệu lượng tử vào mạng cáp quang thương mại bằng cách sử dụng Giao thức Internet (IP) tiêu chuẩn. Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Science, mở đường cho một "internet lượng tử" trong tương lai, nơi các tín hiệu lượng tử có thể cùng tồn tại trên cùng cơ sở hạ tầng với dữ liệu cổ điển.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp của họ trên mạng cáp quang của Verizon tại Philadelphia, sử dụng một con chip silicon nhỏ gọn có tên "Q-Chip" (Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics). Con chip này có khả năng điều phối dữ liệu lượng tử và cổ điển, đạt được độ trung thực truyền dẫn trên 97% trong khi vẫn sử dụng các giao thức tương tự như internet hiện tại. Q-Chip tích hợp tín hiệu IP cổ điển như một "đầu máy" để mang theo dữ liệu lượng tử được liên kết, giải quyết vấn đề các tín hiệu lượng tử vốn rất mong manh và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu hoặc đo lường.
Việc tích hợp này có ý nghĩa sâu sắc đối với sự phát triển của internet lượng tử, một mạng lưới được kỳ vọng sẽ mang lại khả năng liên lạc siêu an toàn, cũng như thúc đẩy các ứng dụng tiên tiến trong trí tuệ nhân tạo và khám phá thuốc. Các nhà khoa học tin rằng internet lượng tử có thể mang tính cách mạng tương tự như sự ra đời của kỷ nguyên internet cổ điển vào những năm 1990. Một thách thức lớn trong việc truyền tín hiệu lượng tử trên cơ sở hạ tầng thương mại là sự biến đổi của các đường truyền trong thế giới thực, khác với môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ. Tuy nhiên, phương pháp của nhóm Penn đã vượt qua rào cản này bằng cách phát triển một phương pháp sửa lỗi, sử dụng tín hiệu cổ điển đi trước tín hiệu lượng tử.
Thành công này chứng minh khả năng của chip tích hợp trong việc quản lý tín hiệu lượng tử trên một mạng lưới thương mại đang hoạt động, đồng thời cho thấy tiềm năng của internet lượng tử trong việc thay đổi cách chúng ta xử lý và truyền tải thông tin. Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng thiết kế này sẽ tạo tiền đề cho các thí nghiệm quy mô lớn hơn và một internet lượng tử thực tế. Các ứng dụng tiềm năng của internet lượng tử rất rộng lớn, từ việc tăng cường an ninh mạng với mã hóa lượng tử, đến việc thúc đẩy nghiên cứu khoa học và y học, ví dụ như việc sử dụng điện toán lượng tử để hỗ trợ thiết kế thuốc chống ung thư. Mặc dù khoảng cách vẫn là một thách thức, khi tín hiệu lượng tử suy yếu theo cáp quang và không thể khuếch đại như dữ liệu internet thông thường, các hệ thống lặp hoặc chuyển tiếp sẽ cần thiết cho các liên kết lượng tử tầm xa.