Như chúng ta đều biết, tương lai của máy tính là máy tính lượng tử, và tương lai của internet, có thể sẽ là internet lượng tử, nếu cả hai biến thành sự thật. Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại viện NIST (National Institute of Standards and Technology) tại Maryland, Hoa Kỳ, cho biết lần đầu tiên trên thế giới họ đã thành công trong việc cất giữ và phát lại hai frame phim ngắn trong một đám mây nguyên tử khí rubidi. Công trình này đã tạo tiền đề cho việc nghiên cứu một thiết bị có khả năng lưu trữ thông tin lượng tử, nền tảng cho internet lượng tử, trong một tương lai không xa.
Về mặt nguyên lý, Internet lượng tử đòi hỏi phải có một thiết bị lưu trữ và truy xuất thông tin lượng tử đáng tin cậy. Tất nhiên, để chế tạo thiết bị này thì câu hỏi đầu tiên phải đặt ra là nguyên lý hoạt động của nó sẽ ra sao và vật liệu nào sẽ đóng vai trò chính yếu trong quá trình lưu trữ thông tin lượng tử. Qua nghiên cứu, các nhà khoa học đã giải đáp được câu hỏi đó thông qua quá trình tương tác giữa photon và đám mây khí rubidi. Xét tính chất vật lý, nguyên tử rubidi có một đặc điểm thú vị là khi ở trong từ trường thì phổ năng lượng điện tử của rubidi sẽ bị chia ra thành nhiều mức năng lượng khác nhau. Khi tắt từ trường, các nguyên tử Rubidi lại quay trở lại trạng thái bình thường. Do vậy, để lưu giữ photon và thông tin lượng tử nó mang theo, một trong các phương pháp là gửi chúng vào đám mây khí các nguyên tử rubidi nằm trong từ trường. Nếu photon có bước sóng phù hợp với các các chênh lệch mức năng lượng mới trong đám khí thì chúng sẽ bị “bẫy” (hấp thụ) ở đó. Để phát xạ lại các photon, chúng ta chỉ việc tắt từ trường, lúc này các nguyên tử rubidi bị buộc phải giải phóng photon để quay trở lại trạng thái cơ bản. Và thông tin lưu giữ trong photon theo đó sẽ được truy xuất.
Dựa trên nguyên lý hoạt động đó, nhiều nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm và thu được kết quả rất ấn tượng. Họ không những có thể “bẫy” được một photon mà còn làm được với cả một bức ảnh. Thông tin thêm cho biết quá trình lưu trữ dữ liệu này chỉ tồn tại trong khoảng 10ms và độ chính xác khi truy xuất đạt khoảng 90%. Lý do thời gian lưu trữ bị giới hạn là do chuyển động hỗn loạn của các nguyên tử trong đám khí sẽ làm mờ dần hình ảnh theo thời gian.
Trong công trình mới đây, Quentin Gloriex và đồng nghiệp tại viện NIST đã tiến xa hơn một bước khi thực hiện thành công việc lưu trữ hai hình ảnh cùng một lúc và phát lại chúng sau đó. Hai hình ảnh mà nhóm nghiên cứu ghi vào đám mây khí là ký tự T và N. Sau khi tắt trường từ, các hình ảnh được thu lại bằng camera tốc độ cao. Kết quả cho ra lại hai ký tự T và N như các bạn thấy trên hình. Điều thú vị là khi phát ra, thứ tự các hình ảnh sẽ là vào sau - ra trước (LIFO - last in, first out) và cuốn phim 2 frame sẽ được chiếu theo trật tự lùi.
2 frame, con số quá ngắn ngủi so với chiều dài của một bộ phim, tuy nhiên, đó lại là một bước tiến dài trong quá trình xây dựng bộ nhớ lượng tử, khi nó đã chứng tỏ được tính đúng đắn của nguyên lý hoạt động và cho thấy triển vọng ghi nhiều hình ảnh một cách trật tự vào đám mây khí rubidi theo cơ chế lượng tử. Tất nhiên, sẽ còn rất nhiều nghiên cứu tiếp sau công trình này trước khi chúng ta có được một “ổ cứng lượng tử” trong tương lai, nhưng các nhà vật lý đã có bằng chứng để tin rằng dù có bao lâu đi nữa thì điều đó là hoàn toàn có thể làm được.
Nguồn: TechnologyReview
