Các Nhà Nghiên Cứu Úc Chứng Minh Khả Thi Kết Nối Lên (Uplink) Internet Lượng Tử Từng Được Coi Là 'Bất Khả Thi'

Cuộc chạy đua xây dựng mạng internet lượng tử toàn cầu, không thể bị hack, vừa đạt được một bước tiến lớn nhờ mô hình đột phá được các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Sydney (UTS) xây dựng. Lần đầu tiên, họ đã chứng minh tính khả thi của một "kết nối lên lượng tử" (quantum uplink) – tức là truyền tín hiệu lượng tử mong manh trực tiếp từ Trái Đất lên vệ tinh. Khám phá này, được công bố chi tiết trên tạp chí *Physical Review Research*, đã đảo ngược hoàn toàn mô hình truyền thông lượng tử đã được thiết lập trước đây và mở ra một con đường rẻ hơn, dễ mở rộng hơn để tạo ra một mạng lưới toàn cầu bảo mật.

Trong nhiều năm, giao tiếp lượng tử trong không gian, mà vệ tinh *Micius* của Trung Quốc là ví dụ nổi tiếng, luôn dựa vào mô hình "kết nối xuống" (downlink). Mô hình này đòi hỏi một vệ tinh khổng lồ, phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng phải tạo ra các photon vướng víu trên quỹ đạo và truyền chúng xuống. Mô hình của UTS, do Giáo sư Simon Devitt và Alexander Solntsev dẫn đầu, đã đảo ngược hoàn toàn luồng thông tin này. Giải pháp của họ là giữ tất cả các phần cứng phức tạp, tiêu tốn năng lượng an toàn trên mặt đất.

Theo mô hình mới, các trạm mặt đất, nơi có nguồn năng lượng dồi dào, sẽ đảm nhận việc tạo ra các tín hiệu lượng tử. Ngược lại, vệ tinh lúc này chỉ là một "bộ thu" đơn giản, rẻ tiền và nhẹ, chỉ chờ để bắt các tín hiệu đó. Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật từ lâu đã được coi là không thể vượt qua: làm thế nào để bắn trúng một vệ tinh nhỏ đang di chuyển với tốc độ 20.000 km/h, cách 500 km trên đầu, bằng hai photon riêng biệt được bắn từ các vị trí khác nhau, và làm cho chúng đến nơi *cùng một lúc chính xác* để giao thoa?

Giáo sư Devitt cho biết: "Điều đáng ngạc nhiên là mô hình của chúng tôi đã chỉ ra rằng một kết nối lên là hoàn toàn khả thi." Ông cũng lưu ý rằng mô hình của nhóm đã tính đến các rào cản thực tế như biến dạng khí quyển, ánh sáng nền từ Trái Đất và ánh sáng mặt trời phản chiếu từ Mặt Trăng. Đột phá này không chỉ dừng lại ở mật mã học, vốn chỉ cần vài photon để tạo ra khóa bảo mật an toàn.

Phương pháp kết nối lên này có thể cung cấp băng thông cao cần thiết để một ngày nào đó kết nối các máy tính lượng tử trên khắp các châu lục. Giáo sư Devitt giải thích thêm: "Internet lượng tử là một thực thể rất khác biệt. Phương pháp của chúng tôi biến vệ tinh thành một đơn vị đơn giản, nhỏ gọn... Điều này giúp giảm chi phí và kích thước, làm cho phương pháp tiếp cận trở nên thực tế hơn." Sự đổi mới này đã loại bỏ một nút thắt quan trọng, mở đường cho một tương lai nơi sự vướng víu lượng tử bảo mật là một mặt hàng toàn cầu, phổ biến và vô hình như điện năng.