Mới đây, các nhà vật lý tại Đại học Stony Brook (Mỹ) đã đạt được một bước tiến quan trọng trong việc hiện thực hóa mạng internet lượng tử. Sự tiến bộ này có ý nghĩa lớn trong việc phát triển công nghệ truyền thông và điện toán tương lai. Công nghệ internet lượng tử hứa hẹn sẽ mang lại sự bảo mật vô song và khả năng xử lý thông tin mạnh mẽ hơn nhiều so với hệ thống internet hiện nay. Cột mốc này liên quan trực tiếp đến việc phát triển bộ nhớ lượng tử hoạt động ở nhiệt độ phòng, một yếu tố thiết yếu cho việc triển khai mạng lượng tử trên diện rộng.

Internet lượng tử là gì?

Internet lượng tử là một khái niệm mang tính cách mạng trong lĩnh vực truyền thông và điện toán. Khác với internet cổ điển, nơi thông tin được truyền tải dưới dạng các tín hiệu điện tử và ánh sáng, internet lượng tử dựa vào các nguyên lý cơ học lượng tử để truyền tải dữ liệu. Cơ chế chính của công nghệ này là sự liên đới lượng tử (quantum entanglement), một hiện tượng kỳ diệu mà trong đó các hạt lượng tử có thể liên kết với nhau một cách sâu sắc, cho phép chúng ta truyền tải thông tin qua không gian mà không thể bị sao chép hay giả mạo.

Điều này không chỉ đảm bảo tính bảo mật tuyệt đối cho các dữ liệu, mà còn mở ra khả năng tính toán vượt trội nhờ vào các qubit – đơn vị cơ bản trong điện toán lượng tử.

Tiến bộ từ Đại học Stony Brook

Sự tiến bộ mới nhất từ Đại học Stony Brook chính là việc phát triển bộ nhớ lượng tử có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng (15-28 độ C). Trước đây, các nghiên cứu về lượng tử thường yêu cầu môi trường cực lạnh, gần như ở nhiệt độ tuyệt đối không (0 độ Kelvin), để qubits có thể duy trì trạng thái lượng tử ổn định. Tuy nhiên, điều này tạo ra chi phí và sự phức tạp cao, hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ này.

Với bộ nhớ lượng tử hoạt động ở nhiệt độ phòng, các nhà nghiên cứu không chỉ giảm được chi phí mà còn dễ dàng mở rộng quy mô của mạng lượng tử. Việc này giúp đẩy nhanh quá trình phát triển và triển khai thực tế của internet lượng tử trong tương lai.

Để kiểm tra và chứng minh tính khả thi của bộ nhớ lượng tử ở nhiệt độ phòng, các nhà nghiên cứu tại Đại học Stony Brook đã thực hiện thí nghiệm giao thoa Hong-Ou-Mandel. Trong thí nghiệm này, các qubits quang học được tạo ra và lưu trữ trong bộ nhớ lượng tử, sau đó được khôi phục mà không thay đổi đáng kể trạng thái của chúng. Đây là một thử nghiệm quan trọng trong việc phát triển mạng lặp lại lượng tử, nơi các qubits quang học có thể liên đới từ xa qua các khoảng cách lớn mà không bị mất mát thông tin.

Tiềm năng của internet lượng tử

Internet lượng tử có tiềm năng lớn trong việc thay đổi cách thức chúng ta giao tiếp và xử lý dữ liệu. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của công nghệ này là bảo mật. Các hệ thống truyền thông hiện nay, dù được bảo vệ bằng các phương pháp mã hóa tiên tiến, vẫn có thể bị tấn công bởi những kẻ xâm nhập có đủ tài nguyên và kỹ thuật. Tuy nhiên, với internet lượng tử, việc sao chép hoặc giải mã dữ liệu là điều không thể thực hiện được, vì bất kỳ sự thay đổi nào đối với trạng thái của qubit đều có thể dễ dàng phát hiện.

Hơn nữa, internet lượng tử không chỉ có tiềm năng lớn trong lĩnh vực bảo mật mà còn mở ra những cơ hội mới trong các lĩnh vực như điện toán lượng tử, phân tích dữ liệu lớn và xử lý thông tin phức tạp. Một mạng lưới internet lượng tử toàn cầu có thể kết nối các máy tính lượng tử, cho phép chúng trao đổi và xử lý các bài toán mà các hệ thống truyền thống không thể giải quyết.

Internet lượng tử có tiềm năng thay đổi cách chúng ta giao tiếp, tính toán và phân tích dữ liệu trong tương lai. Mặc dù công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng nó đã thể hiện những khả năng vượt trội mà hệ thống internet truyền thống không thể đạt được. Một trong những yếu tố nổi bật nhất của internet lượng tử là khả năng cung cấp bảo mật tuyệt đối nhờ vào cơ chế lượng tử đặc biệt.

Bảo mật lượng tử

Một trong những ưu điểm nổi bật của internet lượng tử là khả năng bảo mật thông tin vô song. Trong khi internet truyền thống dựa vào các phương pháp mã hóa để bảo vệ dữ liệu, thì internet lượng tử sử dụng nguyên lý cơ học lượng tử để bảo vệ thông tin. Một trong những ứng dụng quan trọng của công nghệ này là giao thức phân phối khóa lượng tử (QKD - Quantum Key Distribution). QKD cho phép hai bên chia sẻ một khóa mã hóa mà không thể bị nghe lén hay giả mạo. Điều này giúp bảo vệ dữ liệu khỏi các cuộc tấn công mạng, ngay cả với những công nghệ máy tính mạnh mẽ nhất hiện nay.

Khi có một kẻ tấn công cố gắng nghe lén hoặc can thiệp vào quá trình truyền tải thông tin, trạng thái lượng tử của các hạt quang sẽ bị thay đổi, điều này dễ dàng phát hiện và ngừng ngay hành vi gian lận. Vì vậy, internet lượng tử có thể cung cấp một mức độ bảo mật vượt trội, không thể bị phá vỡ bởi các phương pháp tấn công truyền thống.

Tính toán và phân tích dữ liệu

Một tiềm năng khác của internet lượng tử là khả năng mở rộng khả năng tính toán và xử lý thông tin. Các máy tính lượng tử có thể giải quyết những bài toán phức tạp mà máy tính cổ điển phải mất hàng triệu năm để hoàn thành. Khi kết hợp với internet lượng tử, các máy tính này có thể kết nối với nhau, chia sẻ tài nguyên và giải quyết các bài toán mà hiện nay chúng ta không thể làm được. Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như mô phỏng hóa học, dược phẩm, tài chính và vật lý lý thuyết.

Internet lượng tử sẽ cho phép các tổ chức và nhà nghiên cứu truy cập vào các siêu máy tính lượng tử từ xa mà không cần sở hữu phần cứng đắt tiền. Điều này mở ra cơ hội để nhiều người trên toàn thế giới cùng nhau hợp tác và giải quyết những vấn đề lớn mà không bị giới hạn bởi khả năng tính toán của máy tính truyền thống.

Liên kết toàn cầu

Internet lượng tử có thể tạo ra một mạng lưới liên kết toàn cầu giữa các trung tâm dữ liệu và máy tính lượng tử. Các qubits quang học trong internet lượng tử có thể liên kết và truyền tải thông tin qua những khoảng cách lớn mà không bị giảm chất lượng. Điều này sẽ giúp xây dựng một mạng lưới thông tin toàn cầu với độ trễ thấp và độ chính xác cao, phục vụ cho nhiều ứng dụng quan trọng, từ giao dịch tài chính đến phân tích dữ liệu y tế.

Mạng lượng tử cũng sẽ cho phép việc chia sẻ dữ liệu nhanh chóng và an toàn giữa các quốc gia, tổ chức và cá nhân mà không cần phải lo ngại về vấn đề xâm nhập hay gián đoạn. Đây là một yếu tố quan trọng trong bối cảnh các mối đe dọa mạng ngày càng gia tăng, đặc biệt là trong các lĩnh vực nhạy cảm như quốc phòng và an ninh quốc gia.

Mặc dù internet lượng tử có tiềm năng rất lớn, nhưng công nghệ này vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục phát triển các nguồn liên đới lượng tử mạnh mẽ hơn và tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để báo hiệu sự hiện diện của các photon đã được lưu trữ trong bộ nhớ lượng tử. Để có thể xây dựng một mạng lượng tử toàn cầu, chúng ta cần phải đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao của các qubits, đồng thời tối ưu hóa các giao thức truyền tải và mã hóa.

Sự phát triển của internet lượng tử đang ở một bước tiến quan trọng và gần hơn với hiện thực. Những nghiên cứu từ Đại học Stony Brook là một minh chứng cho thấy, mặc dù còn nhiều thách thức, chúng ta đang tiến gần hơn đến việc xây dựng một mạng lưới internet hoàn toàn mới, nơi thông tin có thể được truyền tải một cách an toàn và hiệu quả hơn bao giờ hết. Công nghệ này không chỉ là tương lai của truyền thông mà còn là chìa khóa mở ra những cơ hội vô tận trong điện toán lượng tử, bảo mật thông tin và nhiều lĩnh vực khoa học khác.

Sự phát triển của internet lượng tử không chỉ là một cột mốc trong khoa học và công nghệ mà còn có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta kết nối và chia sẻ thông tin trong tương lai.

P.A.T (NASATI), theo The Economic Times và Reuters, 5/2025