Các nhà nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania đã đạt được một bước đột phá quan trọng trong việc xây dựng Internet lượng tử, một mạng lưới có khả năng cách mạng hóa cách chúng ta truyền và xử lý thông tin. Phát hiện này cho phép truyền tín hiệu lượng tử qua các cáp quang hiện có, sử dụng các giao thức Internet tiêu chuẩn, mở ra tiềm năng to lớn cho tương lai.
Giáo sư Liang Feng, người đứng đầu công trình nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của bước tiến này. Khác với các thí nghiệm truyền thông lượng tử trước đây thường bị giới hạn trong các phòng thí nghiệm biệt lập hoặc yêu cầu cơ sở hạ tầng chuyên dụng, phương pháp mới này tích hợp tín hiệu lượng tử vào các mạng lưới thực tế. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một con chip lượng tử đặc biệt, gọi là Q-Chip, có khả năng truyền dữ liệu lượng tử cùng với tín hiệu cổ điển trên cùng một sợi cáp quang, tuân thủ các giao thức Internet hiện hành.
Máy tính lượng tử hoạt động dựa trên các qubit, có khả năng tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc, trái ngược với các bit trong máy tính cổ điển. Hiện tượng rối lượng tử cho phép dữ liệu duy trì kết nối bất kể khoảng cách. Tuy nhiên, dữ liệu lượng tử cực kỳ nhạy cảm và dễ bị tổn thương; chúng sụp đổ khi bị quan sát, dẫn đến mất thông tin. Các bộ định tuyến Internet truyền thống, vốn được thiết kế cho các gói dữ liệu cổ điển, không thể xử lý dữ liệu lượng tử mà không phá hủy nó.
Đây là lúc Q-Chip phát huy tác dụng. Q-Chip giải quyết vấn đề này bằng cách gắn một "tiêu đề" cổ điển vào mỗi tín hiệu lượng tử. Tiêu đề này, được mã hóa thông qua các xung laser quang học, chứa thông tin định tuyến và thời gian. Các bộ định tuyến đọc tiêu đề này để chuyển tiếp dữ liệu đến đích mà không ảnh hưởng đến tín hiệu lượng tử. Kết quả là, tín hiệu lượng tử và cổ điển có thể được truyền đồng thời và đồng bộ trên cùng một sợi cáp quang.
Giáo sư Feng mô tả công nghệ này là một "bước tiến lớn trong việc truyền tín hiệu lượng tử mà không bị suy giảm trên cơ sở hạ tầng hiện có". Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống của họ trên một đường truyền cáp quang dài một kilômét do Verizon cung cấp. Tín hiệu lượng tử phản ứng với nhiễu môi trường tương tự như tín hiệu cổ điển. Trong trường hợp này, tín hiệu cổ điển đã hỗ trợ sửa lỗi cho tín hiệu bị hỏng, đảm bảo dữ liệu lượng tử đến đích một cách an toàn. Thử nghiệm này chứng minh tính khả thi của việc truyền dữ liệu lượng tử tương thích với cơ sở hạ tầng hiện có.
Các giai đoạn tiếp theo của công trình cho thấy cấu trúc dựa trên silicon của Q-Chip sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất hàng loạt bằng các quy trình sản xuất hiện tại. Giáo sư Feng cho biết công nghệ này đại diện cho một bước đi nền tảng hướng tới việc triển khai các giai đoạn đầu của Internet lượng tử trong các mạng cục bộ và đô thị. Sự phát triển này được công nhận là một bước tiến đầy hứa hẹn cho tương lai của Internet lượng tử, tạo ra sự phấn khích đáng kể trong cộng đồng khoa học. Các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể là nền tảng cho một Internet lượng tử trong tương lai, một mạng lưới được kỳ vọng sẽ mang tính cách mạng như sự ra đời của chính World Wide Web.