Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo

Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo
Theo: Đình Thành Theo Pháp luật & Bạn đọc
Thể loại: Khoa Học Công Nghệ
Nghiên cứu mới chỉ ra rằng với một dàn 400 vệ tinh lượng tử, ta sẽ "dễ dàng" có được internet lượng tử toàn cầu.
Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo - Ảnh 1.

Internet lượng tử là giấc mơ đang dang dở suốt nhiều năm trở lại đây; trên lý thuyết thì nó hiệu quả dù sử dụng công nghệ đến khoa học còn chưa giải thích được, có điều nó hiện vẫn chỉ là giấc mơ thôi. Trong thực tế, ta vẫn chưa thể tận dụng được khả năng rối kỳ lạ của photon và electron để bí mật gửi đi thông điệp chỉ hai đầu dây liên lạc mới biết.

Rõ ràng, công dụng liên lạc hữu ích trong điều hành chính phủ và trong quân sự, nhưng những ngành cần đảm bảo an ninh như hoạt động ngân hàng, các giao kèo làm ăn hay thậm chí tin nhắn nhạy cảm cũng cần một hệ thống liên lạc bảo mật. Nhu cầu luôn hiện hữu, và trong lúc đang tìm cách hiện thực hóa nó, có lẽ cũng nên đặt thêm câu hỏi này cho giới khoa học và kỹ thuật:

Ta nên xây dựng một hệ thống internet lượng tử toàn cầu như thế nào?

Ta có được một phần câu trả lời nhờ nỗ lực nghiên cứu của Sumeet Khatri và cộng sự, nhóm hiện đang công tác tại Đại học Bang Louisiana. Họ nghiên cứu một loạt các cách xây dựng internet lượng tử và đưa ra nhận định: để tối ưu hóa chi phí, ta cần xây một dàn vệ tinh lượng tử trên quỹ đạo, liên tục phát những hạt photon đã trong trại thái rối xuống mặt đất. Nói một cách đơn giản, cơ sở hạ tầng tạo nên internet lượng tử sẽ nằm ngoài Trái Đất.

Một chút kiến thức nền để xây tòa nhà hiểu biết. 

Thứ làm nên bất kỳ hệ thống liên lạc lượng tử nào là yếu tố rối của hạt. Đây là hiện tượng xảy ra khi sự tồn tại của hai hạt lượng tử có liên kết với nhau, ngay cả khi khoảng cách giữa chúng là cực lớn. Tiến hành đo đạc một hạt để ra được giá trị, ta sẽ biết ngay yếu tố của hạt đó và sẽ biết ngay trạng thái của hạt còn lại. Einstein gọi đây là “hoạt động kỳ quái ở khoảng cách xa”.

Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo - Ảnh 2.

Hình ảnh đầu tiên về rối lượng tử.

Các nhà vật lý học thường tạo ra “rối lượng tử” thông qua việc sử dụng một cặp photon được tạo ra cùng một nơi và một thời điểm. Khi đưa hai hạt photon ra những địa điểm khác nhau, yếu tố rối cho phép hai hạt có liên hệ với nhau, thông qua việc xoay chúng mà ta có thể gửi đi những thông điệp tuyệt đối an toàn.

Hóc búa ở chỗ trạng thái rối rất dễ tiêu biến. Bất cứ tương tác nào giữa hạt photon và môi trường xung quanh nó đều có thể bẻ gãy liên kết giữa hai hạt. Đó cũng là lý do vệ tinh khó có thể bắn hạt xuyên qua bầu khí quyển hay để hạt chạy trong cáp quang. Khi photon tương tác với nguyên tử trong không khí hay với gương trong cáp, yếu tố rối biến mất. Hóa ra khoảng cách tối đa để rối lượng tử có thể vận hành trơn tru chỉ là vài trăm kilomet.

Vậy làm thế nào để có được mạng internet lượng tử toàn cầu? Có thể tính tới việc sử dụng những bộ repeater lượng tử - các thiết bị nhận về và đo đạc tính lượng tử của hạt photon, rồi chuyển những tính lượng tử đó vào hạt photon mới rồi gửi đi tiếp. Quá trình này sẽ lưu giữ được tính rối của hạt, cho phép nó liên tục nhảy qua các repeater để tới được đích cuối. Tuy nhiên, công nghệ này mới chỉ mang tính thử nghiệm, chắc phải nhiều năm nữa nó mới chín muồi để có thể thương mại hóa.

Một cách thức khác: tạo ra một cặp photon rối trong Vũ trụ rồi phát chúng xuống hai trạm mặt đất. Những trạm mặt đất sẽ thừa hưởng tính rối từ hạt, cho phép đưa tin nhắn đi mà với mức bảo mật cực cao.

Năm 2017, vệ tinh Micius của Trung Quốc đã làm được thử nghiệm chứng minh rằng tính rối vẫn được bảo toàn trong quá trình phát xuống từ quỹ đạo. Hóa ra trong trường hợp này, photon có thể đi được xa hơn dự kiến bởi lẽ nó chỉ cần di chuyển khoảng 20 km trong bầu khí quyển thôi, nếu như vệ tinh bay đủ cao.

Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo - Ảnh 3.

Dự án thử nghiệm internet lượng tử của Trung Quốc mở ra tiềm năng lớn.

Giáo sư Khatri và cộng sự nói rằng một dàn vệ tinh tương tự như Micius sẽ là cách tốt hơn cả để triển khai internet lượng tử. Điểm mấu chốt để việc liên lạc được bảo mật: hai trạm mặt đất phải đồng thời nhìn thấy vệ tinh, để cùng nhận được photon rối được phát xuống.

Vệ tinh phải bay cao cỡ nào? Ta cần bao nhiêu vệ tinh như thế? Nhóm nghiên cứu trả lời rằng: “Bởi vệ tinh hiện tại rất đắt đỏ, chúng ta sẽ cần ít vệ tinh nhất có thể để còn duy trì hoạt động lâu dài”.

Để thử nghiệm ý tưởng này, Khatri và cộng sự tạo ra mô hình một dàn vệ tinh lượng tử. Họ phát hiện ra phải đánh đổi một số yếu tố để có một hệ thống vận hành trơn tru. Ví dụ, một lượng vệ tinh ít bay ở độ cao lớn thì sẽ phủ sóng được toàn cầu, tuy nhiên vệ tinh càng cao thì lượng photon thất thoát sẽ càng nhiều.

Nhưng nếu vệ tinh bay thấp, khoảng không để một vệ tinh di chuyển sao cho nó thấy được cả hai trạm mặt đất sẽ rất khiêm tốn. Để dàn vệ tinh bay thấp, ta sẽ cần một lượng lớn hơn các vệ tinh, đẩy chi phí lên quá cao.

Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo - Ảnh 4.

Một câu hỏi nữa: Liệu ta có muốn đưa thêm 400 vệ tinh lên quỹ đạo không?

Dựa trên những giới hạn này, giáo sư Khatri nhận định rằng dàn vệ tinh nên có 400 chiếc và bay ở độ cao 3.000 mét. Vậy là gấp nhiều lần yêu cầu của hệ thống GPS, khi mà ta chỉ cần 24 vệ tinh là đã cung cấp được dịch vụ định vị trên mặt đất.

Ngay cả khi dàn vệ tinh có 400 chiếc, khoảng cách giữa các trạm mặt đất bị giới hạn ở mốc 7.500 km. Điều đó có nghĩa rằng khoảng cách của hai đầu dây bị giới hạn ở mức 7.500 km; gửi tin nhắn bảo mật cho người thương ở TP. Hồ Chí Minh thì được, nhưng nếu bạn gái mà sống tại Châu Âu, bạn sẽ không thể tận dụng được rối lượng tử để truyền đi thư tình.

Thế nhưng, giáo sư Khatri và cộng sự nhận định internet lượng tử với dàn vệ tinh trên cao vẫn sẽ hiệu quả hơn các repeater chỉ có thể cách nhau chưa đầy 200 km.

Hệ thống internet lượng tử sẽ cần khoản đầu tư khổng lồ. Trong tình hình kinh tế hiện tại, và dựa trên những thành công mà vệ tinh Micius đã có được, nhận định ban đầu cho thấy Trung Quốc có tiềm năng trở thành quốc gia tiên phong của công nghệ internet lượng tử. Họ đã và đang có kế hoạch triển khai công nghệ mới này trong thực tế.

Châu Âu và Mỹ lại không mấy mặn mà với internet của tương lai. Nhưng tình thế sẽ thay đổi nếu như internet lượng tử chứng minh được bản thân mình. Tới lúc đó, cuộc đua lượng tử sẽ gay cấn lắm.

Tham khảo MIT Technology Review

Chiếc đĩa bí ẩn của nước Nga: Dù bé tẹo nhưng chẳng ai nhấc nổi, bên dưới ẩn giấu bí mật gây ngỡ ngàng

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Chiếc đĩa bí ẩn của nước Nga: Dù bé tẹo nhưng chẳng ai nhấc nổi, bên dưới ẩn giấu bí mật gây ngỡ ngàng
Chiếc đĩa bí ẩn này thực chất là gì? Nếu biết, bạn sẽ hết sức bất ngờ đấy.

Thế giới đang sử dụng những cách nào để xây dựng nhà chống lũ?

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Thế giới đang sử dụng những cách nào để xây dựng nhà chống lũ?
Bên cạnh chống lũ, việc sống chung với lũ cũng là một trong những phương án nhiều nước áp dụng ngày nay. Điểm thiết yếu của chính sách này là phải xây dựng được những ngôi nhà chống lũ cho người dân.

2 thầy trò sử dụng thuật toán để biến bản đồ từ thời cổ đại thành hình chụp rõ nét như bản đồ vệ tinh

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
2 thầy trò sử dụng thuật toán để biến bản đồ từ thời cổ đại thành hình chụp rõ nét như bản đồ vệ tinh
Nhìn vào để thấy sự thay đổi chóng mặt của đô thị hóa.

Nghệ nhân Zimbabwea biến lốp xe hơi cũ thành những đôi dép độc đáo

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Nghệ nhân Zimbabwea biến lốp xe hơi cũ thành những đôi dép độc đáo
Dù tạo ra một đôi giày thoải mái từ lốp xe hơi cũ nghe có vẻ phi thực tế, nhưng theo những gì Chitukutuku đang làm, quy trình này có vẻ khá đơn giản, chỉ mất chưa đầy 1 tiếng đồng hồ.

Chàng thanh niên mang hoài bão dọn sạch biển hợp tác cùng Microsoft, chế tạo tàu gom rác tự hành chạy bằng năng lượng Mặt Trời

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Chàng thanh niên mang hoài bão dọn sạch biển hợp tác cùng Microsoft, chế tạo tàu gom rác tự hành chạy bằng năng lượng Mặt Trời
Dự kiến, hai điểm đến tiếp theo của những hệ thống tàu này là Việt Nam và Cộng hoà Dominica.

Giới khảo cổ phát hiện hình vẽ mèo khổng lồ 2000 năm tuổi nằm ngay giữa sa mạc tại Peru

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Giới khảo cổ phát hiện hình vẽ mèo khổng lồ 2000 năm tuổi nằm ngay giữa sa mạc tại Peru
Theo đó, các nhà khảo cổ học đã bất ngờ phát hiện hình vẽ con mèo khổng lồ này khi đang cải tạo lối đi để du khách có thể dễ tới chiêm ngưỡng những bức hình khổng lồ tạo nên Nazca Lines bí ẩn và nổi tiếng.

Tìm xuống vùng biển sâu nhất đại dương, khoa học phát hiện sự thật đau lòng: Biến đổi khí hậu đang nghiêm trọng hơn bao giờ hết rồi

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Tìm xuống vùng biển sâu nhất đại dương, khoa học phát hiện sự thật đau lòng: Biến đổi khí hậu đang nghiêm trọng hơn bao giờ hết rồi
Có một xu hướng đáng ngại đang tồn tại dưới đáy đại dương, và khoa học đang tích cực tìm hiểu thêm.

Các nhà thiên văn học hóa giải bí ẩn về thiên hà chứa 99,99% vật chất tối

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Các nhà thiên văn học hóa giải bí ẩn về thiên hà chứa 99,99% vật chất tối
Nhiều khả năng đội nghiên cứu đưa nhận định cũ sẽ tính toán lại để tranh cãi bằng được rằng mình đúng. Chúng ta cùng "lót dép" chờ xem.

Phát hiện ra "siêu sức mạnh" mới của loài gấu nước: một lá chắn cực tím bằng huỳnh quang

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Phát hiện ra "siêu sức mạnh" mới của loài gấu nước: một lá chắn cực tím bằng huỳnh quang
Gấu nước vẫn chưa thôi làm chúng ta bất ngờ.

7 việc cực đơn giản nhưng nếu làm được, bạn đặc biệt hơn 90% dân số thế giới đấy

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
7 việc cực đơn giản nhưng nếu làm được, bạn đặc biệt hơn 90% dân số thế giới đấy
Hãy thử xem mình có phải là "của hiếm" của thế giới hay không nhé.

Giáo sư đại học Mỹ tuyên bố: Rất có thể chúng ta đang sống trong một thế giới giả lập

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Giáo sư đại học Mỹ tuyên bố: Rất có thể chúng ta đang sống trong một thế giới giả lập
Theo kết luận của giáo sư, tỉ lệ sống trong giả lập của chúng ta lên tới 50%.

6 ý nghĩa thực sự mỗi khi bạn cảm thấy "Deja vu" - hiện tượng rất nhiều người đã từng trải nghiệm mà không giải thích nổi

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
6 ý nghĩa thực sự mỗi khi bạn cảm thấy "Deja vu" - hiện tượng rất nhiều người đã từng trải nghiệm mà không giải thích nổi
Deja vu đến nay vẫn là một hiện tượng khoa học chưa thể giải thích. Dẫu vậy, nó vẫn mang đến những ý nghĩa nhất định.

Khoa học "đập hộp" hang động tách biệt khỏi thế giới suốt 5 triệu năm, và đây là những gì được tìm thấy

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Khoa học "đập hộp" hang động tách biệt khỏi thế giới suốt 5 triệu năm, và đây là những gì được tìm thấy
Một hang động bị đóng kín suốt 5,5 triệu năm, chỉ được tìm ra từ cách đây hơn 30 năm và đến nay mới chỉ có chưa đến 100 người được phép xuống thám hiểm.

Ai đã tạo ra thế giới kỳ lạ của "Nghìn lẻ một đêm"?

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Ai đã tạo ra thế giới kỳ lạ của "Nghìn lẻ một đêm"?
Nghìn lẻ một đêm là bộ sưu tập các truyện dân gian Trung Đông và Nam Á được biên soạn bằng tiếng Ả Rập trong thời đại hoàng kim Hồi giáo.

Sự kiện Dust Bowl: "Cơn bão đen" kéo dài 10 năm trên khắp Bắc Mỹ

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Sự kiện Dust Bowl: "Cơn bão đen" kéo dài 10 năm trên khắp Bắc Mỹ
Sự kiện Dust Bowl nổi bật với hiện tượng rất nhiều cơn bão và lốc hoành hành ở các đồng cỏ tại khu vực Bắc Mỹ và gây ra nhiều thiệt hại kinh khủng.

Cùng nghe thứ âm thanh tuyệt diệu của vũ trụ, được tạo ra từ loạt ảnh chụp Dải Ngân hà của NASA

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Cùng nghe thứ âm thanh tuyệt diệu của vũ trụ, được tạo ra từ loạt ảnh chụp Dải Ngân hà của NASA
NASA đã sử dụng quá trình chuyển hóa dữ liệu thành âm thanh để đem tới cách nhận thức về vũ trụ theo một cách hoàn toàn mới, đó là hé “âm thanh” của Dải Ngân hà.

Bất chấp “Bão Facebook" - quét tài khoản, không cho chạy quảng cáo, doanh nghiệp này vẫn có thể đạt 1000 đơn đặt hàng/ngày nhờ 3 việc sau

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Bất chấp “Bão Facebook" - quét tài khoản, không cho chạy quảng cáo, doanh nghiệp này vẫn có thể đạt 1000 đơn đặt hàng/ngày nhờ 3 việc sau
"Bão Facebook" đang là từ khoá hot trong thời gian gần đây trong cộng đồng thương mại điện tử và những doanh nghiệp nào có Facebook là kênh quảng cáo, khi bỗng dưng một ngày nhận được thông báo "tài khoản quảng cáo bị vô hiệu hoá", dù không vi phạm hoặc nhận được bất kỳ cảnh báo nào.

Điều gì sẽ xảy ra nếu hai khối rác không gian va chạm vào nhau?

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Điều gì sẽ xảy ra nếu hai khối rác không gian va chạm vào nhau?
Hiệu ứng Domino có thể tạo ra lớp mảnh vỡ không thể xuyên thủng, giam giữ chúng ta trên Trái đất vĩnh viễn.

10 sai lầm hay mắc phải trong việc dọn dẹp nhà cửa

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
10 sai lầm hay mắc phải trong việc dọn dẹp nhà cửa
Trong quá trình dọn dẹp và chăm sóc nhà cửa, chúng ta thường mắc phải những sai lầm không chỉ gây hại cho những đồ vật xung quanh mà còn cho chính bản thân chúng ta.

Phân tích đá Mặt Trăng cho thấy nhà chị Hằng từng phát ra từ trường, và nhờ nó sự sống trên Trái Đất mới xuất hiện

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Phân tích đá Mặt Trăng cho thấy nhà chị Hằng từng phát ra từ trường, và nhờ nó sự sống trên Trái Đất mới xuất hiện
Lấy được mẫu đá từ hai cực của Mặt Trăng, ta sẽ biết rõ khẳng định này là đúng hay sai.

Sử dụng năng lượng Mặt Trời, thiết bị này lấy được nước từ không khí khô hanh như sa mạc

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Sử dụng năng lượng Mặt Trời, thiết bị này lấy được nước từ không khí khô hanh như sa mạc
Toàn bộ hệ thống chỉ nặng 7kg.

Bay liên tục 13.000 km không cần nghỉ, loài chim 'máy bay phản lực' lập kỷ lục vô tiền khoáng hậu

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Bay liên tục 13.000 km không cần nghỉ, loài chim máy bay phản lực lập kỷ lục vô tiền khoáng hậu
Bay hơn 12.000km từ Alaska đến New Zealand trong 11 ngày không ngừng nghỉ, một con chim choắt mỏ thẳng đuôi vằn xác lập một kỷ lục vô tiền khoáng hậu trong thế giới động vật.

Đột phá: lần đầu tiên khoa học đạt được siêu dẫn ở nhiệt độ phòng

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Đột phá: lần đầu tiên khoa học đạt được siêu dẫn ở nhiệt độ phòng
"Trạng thái siêu dẫn" vẫn là mục tiêu của khoa học vật chất suốt nhiều thập kỷ nay, và chúng ta đã đi được nửa chặng đường với đột phá mới.

Não sôi lên, hộp sọ nổ tung, cơ bắp bốc hơi và mô bị thủy tinh hóa, khoảnh khắc bị núi lửa hủy diệt còn kinh hoàng hơn địa ngục

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Não sôi lên, hộp sọ nổ tung, cơ bắp bốc hơi và mô bị thủy tinh hóa, khoảnh khắc bị núi lửa hủy diệt còn kinh hoàng hơn địa ngục
Núi lửa là một vết đứt gãy trên lớp vỏ của một hành tinh, như là Trái Đất cho phép dung nham, tro núi lửa, và khí thoát ra từ một lò magma ở dưới bề mặt.

Khoa học tìm ra giới hạn trên của tốc độ âm thanh: 36 km/s

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Khoa học tìm ra giới hạn trên của tốc độ âm thanh: 36 km/s
Trên lý thuyết, âm thanh truyền qua vật liệu hydro kim loại (mới chỉ tồn tại trên lý thuyết) sẽ có tốc độ cao nhất, gần với mốc 36 km/s.

4 lý do khiến TMĐT ngày càng thu hút tín đồ công nghệ

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
4 lý do khiến TMĐT ngày càng thu hút tín đồ công nghệ
Với hàng loạt ưu đãi độc quyền hấp dẫn, cam kết xuất xứ và chính sách hậu mãi “sang xịn”, sự bùng nổ đơn hàng công nghệ trong những Lễ Hội mua sắm đã và đang chứng tỏ vị thế của hệ thống gian hàng chính hãng trên TMĐT trong lòng fan công nghệ.

Nếu không ngửi được 2 mùi này thì nhiều khả năng bạn đã mắc phải COVID-19

tinybook tinybook 1 tháng 1 tuần
Nếu không ngửi được 2 mùi này thì nhiều khả năng bạn đã mắc phải COVID-19
Mất khứu giác và vị giác là một trong những triệu chứng do coronavirus được báo cáo phổ biến nhất, và cũng là một trong những dấu hiệu rõ ràng nhất về sự hiện diện của virus SARS-CoV-2.

Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo

tinybook tinybook 1 tháng 2 tuần
Đây là lý do tại sao ta nên xây cơ sở hạ tầng internet lượng tử trên quỹ đạo
Nghiên cứu mới chỉ ra rằng với một dàn 400 vệ tinh lượng tử, ta sẽ "dễ dàng" có được internet lượng tử toàn cầu.

6 dấu hiệu cho thấy nhà bạn có vấn đề về điện, cần khắc phục 'càng sớm càng tốt'

tinybook tinybook 1 tháng 2 tuần
6 dấu hiệu cho thấy nhà bạn có vấn đề về điện, cần khắc phục càng sớm càng tốt
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hầu hết các ngôi nhà không tuân theo các biện pháp an toàn được khuyến nghị để ngăn ngừa điện giật và hỏa hoạn, tuy nhiên một số dấu hiệu dễ nhận thấy có thể giúp tìm ra vấn đề trước khi mọi thứ vượt khỏi tầm tay.

Mổ xẻ trạm gốc 5G Huawei mới thấy công ty Trung Quốc cần linh kiện Mỹ đến mức nào

tinybook tinybook 1 tháng 2 tuần
Mổ xẻ trạm gốc 5G Huawei mới thấy công ty Trung Quốc cần linh kiện Mỹ đến mức nào
Gần 30% giá trị trạm gốc 5G của Huawei thuộc về các linh kiện Mỹ, hầu hết trong số đó là các con chip tối quan trọng cho việc xử lý tín hiệu radio, điều khiển nguồn năng lượng cũng như chip nhớ.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat