Các nhà nghiên cứu tại Đại học Innsbruck đã đạt được một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực mạng lưới lượng tử bằng cách tạo ra sự liên kết lượng tử giữa mười qubit riêng lẻ và các photon riêng biệt. Công trình đột phá này, được công bố trên tạp chí Physical Review Letters vào ngày 21 tháng 8 năm 2025, mở ra một con đường đầy hứa hẹn cho việc kết nối các bộ xử lý lượng tử trong tương lai, mang lại khả năng mở rộng và hiệu quả chưa từng có.
Dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Ben Lanyon, một chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực vật lý lượng tử, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một chuỗi mười ion canxi được đặt trong một máy tính lượng tử thử nghiệm. Thông qua việc kiểm soát chính xác các trường điện, mỗi ion đã được điều hướng vào một hốc quang học. Tại đây, một xung laser đã kích hoạt việc phát ra một photon đơn lẻ. Quá trình này đã tạo ra sự liên kết lượng tử giữa phân cực của photon và trạng thái lượng tử của ion tương ứng, tạo ra một dòng photon mà mỗi photon đều được liên kết với một qubit ion riêng biệt.
Kỹ thuật này đã đạt được độ trung thực liên kết ion-photon trung bình là 92%, một con số ấn tượng cho thấy độ tin cậy và hiệu quả của phương pháp. Điểm nổi bật của công trình này là khả năng mở rộng của nó. Phương pháp này có thể dễ dàng được mở rộng để xử lý các thanh ghi qubit lớn hơn, có khả năng chứa hàng trăm ion, điều này rất cần thiết cho việc kết nối các bộ xử lý lượng tử ở các địa điểm khác nhau. Khả năng này là nền tảng cho việc xây dựng một mạng lưới lượng tử phân tán, nơi thông tin lượng tử có thể được chia sẻ và xử lý trên quy mô lớn.
Thành tựu này không chỉ có ý nghĩa quan trọng đối với mạng lưới lượng tử mà còn có tiềm năng cách mạng hóa công nghệ đồng hồ nguyên tử quang học. Những chiếc đồng hồ này, vốn nổi tiếng với độ chính xác cực cao, có thể được liên kết thông qua mạng lưới lượng tử để thiết lập một hệ thống đo thời gian toàn cầu với độ chính xác chưa từng có. Khả năng này mở ra những ứng dụng mới trong các lĩnh vực như định vị, viễn thông và nghiên cứu khoa học cơ bản.
Nghiên cứu này nhận được sự hỗ trợ tài chính từ các tổ chức uy tín như Quỹ Khoa học Áo FWF và Liên minh Châu Âu. Nó đại diện cho một bước tiến quan trọng, đặt nền móng vững chắc cho sự phát triển của các công nghệ lượng tử trong tương lai, bao gồm cả việc xây dựng một "Internet lượng tử" thực sự. Các nhà khoa học tin rằng phương pháp này là một bước đi thiết yếu để hiện thực hóa các mạng lưới lượng tử phức tạp hơn, mang lại tiềm năng cho các ứng dụng như truyền thông lượng tử an toàn và tính toán lượng tử phân tán.