Truyền thông lượng tử là phần cốt lõi của công nghệ thông tin lượng tử. Nó có những ưu điểm như tính bảo mật tuyệt đối, dung lượng truyền thông lớn, tốc độ truyền nhanh, v.v. Nó có thể hoàn thành những nhiệm vụ cụ thể mà truyền thông cổ điển không thể thực hiện được. Truyền thông lượng tử có thể sử dụng hệ thống khóa riêng, không thể giải mã, để hiện thực hóa ý nghĩa thực sự của truyền thông an toàn, do đó truyền thông lượng tử đã trở thành tiên phong trong khoa học và công nghệ trên thế giới. Truyền thông lượng tử sử dụng trạng thái lượng tử làm yếu tố thông tin để thực hiện việc truyền tải thông tin hiệu quả. Đây là một cuộc cách mạng khác trong lịch sử truyền thông sau điện thoại và truyền thông quang học.
Các thành phần chính của truyền thông lượng tử:
Phân phối khóa bí mật lượng tử:
Việc phân phối khóa bí mật lượng tử không được sử dụng để truyền tải nội dung bí mật. Tuy nhiên, nó được dùng để thiết lập và truyền đạt sổ mã hóa, tức là gán khóa riêng cho cả hai bên trong quá trình giao tiếp cá nhân, thường được gọi là truyền thông mật mã lượng tử.
Năm 1984, Bennett của Hoa Kỳ và Brassart của Canada đề xuất giao thức BB84, sử dụng bit lượng tử làm phương tiện truyền thông tin để mã hóa các trạng thái lượng tử bằng cách sử dụng đặc tính phân cực của ánh sáng nhằm thực hiện việc tạo ra và phân phối an toàn các khóa bí mật. Năm 1992, Bennett đề xuất giao thức B92 dựa trên hai trạng thái lượng tử không trực giao với luồng đơn giản và hiệu suất một nửa. Cả hai sơ đồ này đều dựa trên một hoặc nhiều tập hợp các trạng thái lượng tử đơn lẻ trực giao và không trực giao. Cuối cùng, vào năm 1991, Ekert của Vương quốc Anh đề xuất E91 dựa trên trạng thái vướng mắc tối đa hai hạt, cụ thể là cặp EPR.
Năm 1998, một sơ đồ truyền thông lượng tử sáu trạng thái khác đã được đề xuất để lựa chọn phân cực trên ba cơ sở liên hợp bao gồm bốn trạng thái phân cực và phép quay trái và phải trong giao thức BB84. Giao thức BB84 đã được chứng minh là một phương pháp phân phối quan trọng an toàn, cho đến nay vẫn chưa ai phá vỡ được. Nguyên tắc bất định lượng tử và không sao chép lượng tử đảm bảo tính bảo mật tuyệt đối của nó. Do đó, giao thức EPR có giá trị lý thuyết thiết yếu. Nó kết nối trạng thái lượng tử vướng mắc với truyền thông lượng tử an toàn và mở ra một con đường mới cho truyền thông lượng tử an toàn.
Dịch chuyển lượng tử:
Lý thuyết dịch chuyển lượng tử do Bennett và các nhà khoa học khác ở sáu quốc gia đề xuất vào năm 1993 là một chế độ truyền lượng tử thuần túy sử dụng kênh trạng thái vướng víu tối đa hai hạt để truyền trạng thái lượng tử chưa biết và tỷ lệ thành công của dịch chuyển sẽ đạt 100% [2].
Năm 1999, nhóm nghiên cứu của A. Zeilinger người Áo đã hoàn thành việc kiểm chứng thực nghiệm đầu tiên về nguyên lý dịch chuyển lượng tử trong phòng thí nghiệm. Trong nhiều bộ phim, cốt truyện như vậy thường xuất hiện: một nhân vật bí ẩn đột nhiên biến mất ở một nơi rồi đột nhiên xuất hiện ở nơi đó. Tuy nhiên, vì dịch chuyển lượng tử vi phạm nguyên lý bất khả sao chép lượng tử và nguyên lý bất định Heisenberg trong cơ học lượng tử, nên nó chỉ là một loại khoa học viễn tưởng trong giao tiếp cổ điển.
Tuy nhiên, khái niệm đặc biệt về vướng lượng tử được đưa vào truyền thông lượng tử, chia thông tin trạng thái lượng tử chưa biết ban đầu thành hai phần: thông tin lượng tử và thông tin cổ điển, điều này làm nên kỳ tích đáng kinh ngạc này. Thông tin lượng tử là thông tin không được trích xuất trong quá trình đo lường, còn thông tin cổ điển là kết quả đo lường ban đầu.
Tiến bộ trong truyền thông lượng tử:
Từ năm 1994, truyền thông lượng tử đã dần bước vào giai đoạn thử nghiệm và tiến gần hơn đến mục tiêu thực tiễn, mang lại giá trị phát triển và lợi ích kinh tế to lớn. Năm 1997, Pan Jianwei, một nhà khoa học trẻ người Trung Quốc, và Bow Meister, một nhà khoa học người Hà Lan, đã tiến hành thử nghiệm và thực hiện thành công việc truyền tải từ xa các trạng thái lượng tử chưa biết.
Vào tháng 4 năm 2004, Sorensen và cộng sự đã lần đầu tiên thực hiện được việc truyền dữ liệu trên quãng đường 1,45 km giữa các ngân hàng bằng cách sử dụng phân phối vướng lượng tử, đánh dấu bước chuyển mình từ phòng thí nghiệm sang giai đoạn ứng dụng của truyền thông lượng tử. Hiện nay, công nghệ truyền thông lượng tử đã thu hút sự quan tâm đáng kể từ chính phủ, ngành công nghiệp và giới học thuật. Một số công ty quốc tế nổi tiếng cũng đang tích cực phát triển thương mại hóa thông tin lượng tử, chẳng hạn như Công ty Điện thoại và Điện tín Anh, Bell, IBM, các phòng thí nghiệm AT&T tại Hoa Kỳ, công ty Toshiba tại Nhật Bản, công ty Siemens tại Đức, v.v. Hơn nữa, vào năm 2008, dự án “phát triển mạng lưới truyền thông an toàn toàn cầu dựa trên mật mã lượng tử” của Liên minh châu Âu đã thiết lập một mạng lưới trình diễn và xác minh truyền thông an toàn gồm 7 nút.
Năm 2010, tạp chí Time của Hoa Kỳ đã đưa tin về sự thành công của thí nghiệm dịch chuyển lượng tử 16 km của Trung Quốc trong mục “tin tức gây chấn động” với tiêu đề “bước nhảy vọt của khoa học lượng tử Trung Quốc”, cho thấy Trung Quốc có thể thiết lập mạng lưới liên lạc lượng tử giữa mặt đất và vệ tinh [3]. Năm 2010, Viện Nghiên cứu Truyền thông và Tình báo Quốc gia Nhật Bản cùng Mitsubishi Electric và NEC, ID lượng tử của Thụy Sĩ, Toshiba Europe Limited và toàn Vienna của Áo đã thành lập mạng lưới liên lạc lượng tử đô thị sáu nút “Mạng lưới Tokyo QKD” tại Tokyo. Mạng lưới này tập trung vào các kết quả nghiên cứu mới nhất của các viện nghiên cứu và công ty có trình độ phát triển cao nhất trong công nghệ liên lạc lượng tử ở Nhật Bản và Châu Âu.
Công ty TNHH Quang điện tử Bắc Kinh Rofea, tọa lạc tại “Thung lũng Silicon” của Trung Quốc – Bắc Kinh Zhongguancun, là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên phục vụ các viện nghiên cứu, trường đại học và cán bộ nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước. Công ty chúng tôi chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển độc lập, thiết kế, sản xuất, kinh doanh các sản phẩm quang điện tử, đồng thời cung cấp các giải pháp sáng tạo và dịch vụ chuyên nghiệp, cá nhân hóa cho các nhà nghiên cứu khoa học và kỹ sư công nghiệp. Sau nhiều năm đổi mới độc lập, công ty đã hình thành một loạt sản phẩm quang điện tử phong phú và hoàn thiện, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đô thị, quân sự, giao thông vận tải, điện lực, tài chính, giáo dục, y tế và nhiều ngành khác.
Chúng tôi rất mong được hợp tác với bạn!
Thời gian đăng bài: 05/05/2023