Đưa photon vào không gian trống bên trong kim cương

Một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Quốc gia Yokohama gần đây đã trở thành những nhà nghiên cứu đầu tiên trên thế giới tiến hành dịch chuyển thành công một photon vào không gian trống bên trong một viên kim cương tự nhiên. Có thể nói vui rằng các nhà khoa học vừa mới phát minh ra một khái niệm mới: Trang sức lượng tử.

Hãy tưởng tượng bạn nhìn thấy ánh sáng từ một ngọn đuốc phản chiếu bên trong một viên kim cương. Sau đó, hãy tiếp tục tưởng tượng bạn đã chuyển viên kim cương sang một căn phòng khác, để lại ngọn đuốc ở nơi đó, nhưng nó vẫn tiếp tục phản chiếu ánh sáng - về cơ bản đó là những gì các nhà nghiên cứu đã làm, chỉ là ở quy mô nhỏ hơn nhiều.

• Điện toán lượng tử - cuộc đua marathon chứ không phải cuộc thi chạy nước rút!

Họ đã thực hiện việc này như thế nào?

Để điều khiển một electron và đồng vị carbon trong khoảng trống, nhóm nghiên cứu đã gắn một sợi dây có độ dày chỉ bằng 1/4 đường kính của một sợi tóc người lên bề mặt của viên kim cương. Sau đó, các nhà khoa học đã sử dụng vi sóng (microwave) và sóng vô tuyến (radio wave) tác động vào sợi đây để tạo ra từ trường dao động xung quanh viên kim cương. Đặc biệt, họ đã định hình cho vi sóng để tạo ra các điều kiện tối ưu cũng như có thể kiểm soát được nhằm truyền thông tin lượng tử vào khoảng trống trong viên kim cương.

Về cơ bản, “khoảng trống” mà các nhà khoa học Nhật Bản Kazuya Tsurumoto, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano, Yuhei Sekiguchi và Hideo Kosaka phải “đối phó” chính là lỗ hổng hóa học bên trong viên kim cương.

Khoảng trống bất thường bên trong kim cương là bắt nguồn từ hiện tượng mà các nhà khoa học gọi là nitrogen-vacancy center. Hiện tượng này bắt nguồn từ việc những khu vực đáng ra cần có sự xuất hiện của carbon nhưng lại bị khuyết mất thành phần này. Tuy nhiên cũng chính nhờ sự bất thường này mà các nhà khoa học đã có chỗ để ép một photon vào trong lòng viên kim cương.

• Chế tạo thành công la bàn lượng tử chính xác tới mức nguyên tử, thay thế GPS trong tương lai

Đưa Photon vào khoảng trống trong cấu trúc tinh thể kim cương

Photon là đơn vị ánh sáng cơ bản có thể được sử dụng để khai thác một hiện tượng vui nhộn gọi là “sự vướng víu lượng tử - quantum entanglement”, nhằm tạo điều kiện cho một loại hình giao tiếp gọi là “viễn tải lượng tử - quantum teleportation”.

Trong quá trình viễn tải lượng tử, toàn bộ thông tin của một qubit (đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử) có thể được truyền chính xác từ địa điểm này đến địa điểm khác mà không cần phải đi kèm với sự dịch chuyển trong không gian của vật thể chứa đựng qubit đó - giống như phiên bản khoa học viễn tưởng của hiện tượng dịch chuyển tức thời, trong đó vật chất được vận chuyển trong không gian mà không cần phải đi qua khoảng không gian đó.

• Google công bố chip lượng tử Bristlecone 72-qubit mạnh nhất thời điểm hiện tại

Đây là một thành tựu tuyệt vời của Đại học Yokohama. Việc gửi photon vào một không gian không thể tiếp cận bằng cách sử dụng viễn tải lượng tử có thể đặt nền móng cho sự hình thành một mạng máy tính lượng tử phân tán an toàn tuyệt đối.