Vào những năm 1960, chính phủ Hoa Kỳ đã tài trợ cho một loạt các thử nghiệm phát triển các kỹ thuật đưa thông tin từ máy tính này sang máy tính khác. Các thiết bị trong phòng thí nghiệm đơn lẻ nảy sinh các kết nối, sau đó các phòng thí nghiệm lân cận được liên kết với nhau. Chẳng bao lâu, mạng lưới đã nở rộ giữa các cơ quan nghiên cứu trên khắp đất nước, xác định gốc rễ của thứ sẽ trở thành internet và biến đổi mãi mãi cách mọi người sử dụng thông tin. Bây giờ, 60 năm sau, Bộ Năng lượng đang đặt mục tiêu làm điều đó một lần nữa. Yêu cầu ngân sách năm 2021 của chính quyền Trump - hiện đang được Quốc hội xem xét - đề xuất cắt giảm gần 10% kinh phí tổng thể cho nghiên cứu khoa học nhưng tăng chi tiêu cho khoa học thông tin lượng tử khoảng 20%, lên 237 triệu USD. Trong số đó, DOE đã yêu cầu 25 triệu đô la để đẩy nhanh sự phát triển của internet lượng tử. Một mạng lưới như vậy sẽ tận dụng hành vi phản trực giác của các hạt trong tự nhiên để thao túng và chia sẻ thông tin theo những cách hoàn toàn mới, với tiềm năng phát minh lại các lĩnh vực bao gồm an ninh mạng và khoa học vật liệu. Trong khi internet truyền thống cho mục đích sử dụng chung không đi đến đâu, thì một mạng lượng tử sẽ cung cấp những lợi thế quyết định cho các ứng dụng nhất định: Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng nó để phát triển thuốc và vật liệu bằng cách mô phỏng hành vi nguyên tử trên các máy tính lượng tử được nối mạng, ví dụ như các tổ chức tài chính và chính phủ sẽ được hưởng lợi từ an ninh mạng cấp độ tiếp theo. Nhiều quốc gia đang theo đuổi các chương trình nghiên cứu lượng tử, và với đề xuất ngân sách năm 2021, chính quyền Trump tìm cách tăng cường nỗ lực đó. David Awschalom, một kỹ sư lượng tử tại Đại học Chicago cho biết: “Mức tài trợ đó sẽ cho phép chúng tôi bắt đầu phát triển nền tảng cho các mạng lượng tử tinh vi, thực tế và có tác động cao”. "Nó có ý nghĩa và cực kỳ quan trọng." VIDEO15: 2415: 24Cách các công ty như Google và IBM có kế hoạch thu lợi từ điện toán lượng tử Internet lượng tử công nghệ sẽ phát triển phù hợp và bắt đầu, giống như internet truyền thống đã làm và tiếp tục làm. Các chuyên gia cho biết Trung Quốc đã sớm nhận ra một ứng dụng sớm, mã hóa lượng tử, giữa các thành phố nhất định, nhưng các mạng lượng tử hoàn chỉnh trải dài khắp các quốc gia sẽ mất hàng thập kỷ. Việc xây dựng nó sẽ đòi hỏi phải tái thiết kế lượng tử tương đương của bộ định tuyến, ổ đĩa cứng và máy tính từ đầu - công việc cơ bản đã được tiến hành ngày nay. Khoa học đằng sau internet lượng tử Khi internet hiện đại lưu lượng truy cập theo bit truyền giữa các máy tính cổ điển (một loại hiện bao gồm điện thoại thông minh, máy tính bảng, loa và bộ điều nhiệt), thì internet lượng tử sẽ mang một đơn vị thông tin khác về cơ bản được gọi là bit lượng tử, hoặc qubit.Bits đều tập trung vào các trường hợp của các sự kiện đơn giản nhất trong tự nhiên — các câu hỏi có câu trả lời có hoặc không. Các chip máy tính xử lý video về mèo bằng cách ngăn một số dòng điện trong khi cho những dòng khác chạy. Ổ cứng lưu trữ tài liệu bằng cách khóa nam châm ở vị trí lên hoặc xuống. Các ổ cứng đại diện cho một ngôn ngữ hoàn toàn khác, một ngôn ngữ dựa trên hành vi của nguyên tử, electron và các hạt khác, những vật thể được điều chỉnh bởi các quy tắc kỳ lạ của cơ học lượng tử. Những vật thể này dẫn đến cuộc sống linh hoạt và không chắc chắn hơn so với những vật thể sống động trong máy tính cổ điển. Ví dụ, một nam châm ổ cứng phải luôn hướng lên hoặc xuống, nhưng hướng của một electron là không thể biết được cho đến khi được đo. Chính xác hơn, electron hoạt động theo cách mô tả hướng của nó đòi hỏi một khái niệm phức tạp hơn - được gọi là chồng chất - vượt ra ngoài các nhãn đơn giản là "lên" hoặc "xuống". Các hạt lượng tử cũng có thể được nối với nhau theo một mối quan hệ được gọi là vướng víu, chẳng hạn như khi hai photon (hạt ánh sáng) chiếu từ cùng một nguồn. Các cặp hạt vướng víu có chung một liên kết mật thiết giống như mối quan hệ giữa hai mặt của đồng xu - khi một mặt hiển thị đầu thì mặt kia hiển thị đuôi. Tuy nhiên, không giống như đồng xu, các hạt vướng víu có thể di chuyển xa nhau và duy trì kết nối của chúng. Các nhà khoa học phát triển internet 2.0 Khoa học thông tin định lượng hợp nhất những hiện tượng này và các hiện tượng khác, hứa hẹn một cách mới, phong phú hơn để xử lý thông tin - tương tự như chuyển từ 2-D sang Đồ họa 3-D hoặc học cách tính toán với số thập phân thay vì chỉ số nguyên. Ví dụ, các thiết bị lượng tử thông thạo tiếng mẹ đẻ của tự nhiên có thể tăng cường khả năng thiết kế vật liệu và thuốc của các nhà khoa học bằng cách mô phỏng các cấu trúc nguyên tử mới mà không cần phải kiểm tra các đặc tính của chúng trong phòng thí nghiệm. Entanglement, một liên kết mỏng manh bị phá hủy bởi sự giả mạo bên ngoài, có thể đảm bảo rằng các kết nối giữa các thiết bị vẫn ở chế độ riêng tư. Cả chồng chất và vướng víu đều là những trạng thái mỏng manh dễ duy trì nhất ở nhiệt độ lạnh giá trong những cỗ máy được giữ cách ly hoàn hảo khỏi sự hỗn loạn của thế giới bên ngoài. Và khi các nhà khoa học máy tính lượng tử tìm cách mở rộng quyền kiểm soát của họ đối với số lượng lớn hơn các hạt nhỏ, các nhà nghiên cứu Internet lượng tử đang phát triển các công nghệ cần thiết để liên kết các tập hợp hạt đó với nhau. Bên trong một nguyên mẫu máy tính lượng tử do IBM phát triển. Trong khi các nhóm khác nhau chạy đua để chế tạo máy tính lượng tử, các nhà nghiên cứu của Bộ Năng lượng lại tìm cách liên kết chúng lại với nhau. BM Giống như những năm 1960, DOE lại đang gieo mầm cho một mạng lưới tương lai tại các phòng thí nghiệm quốc gia của mình. Bên dưới vùng ngoại ô phía tây Chicago nằm 52 dặm của cáp quang kéo dài trong hai vòng từ Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne. Đầu năm nay, Awschalom đã giám sát các thí nghiệm thành công đầu tiên của hệ thống. "Chúng tôi đã tạo ra các trạng thái ánh sáng vướng víu", ông nói, "và cố gắng sử dụng nó như một phương tiện để kiểm tra cách thức hoạt động của sự vướng víu trong thế giới thực - không phải trong phòng thí nghiệm - bên dưới các trạm thu phí của Illinois." chẳng hạn như thu nhỏ hàng chục feet, đòi hỏi sự điều chỉnh cẩn thận về thời gian của các xung để bù đắp. Mùa hè này, nhóm nghiên cứu có kế hoạch mở rộng mạng lưới của họ với một nút khác, đưa Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi lân cận vào nếp gấp lượng tử. Các thí nghiệm tương tự cũng đang được tiến hành ở Bờ biển phía Đông, nơi các nhà nghiên cứu đã gửi các photon vướng víu qua cáp quang nối Brookhaven Phòng thí nghiệm quốc gia ở New York với Đại học Stony Brook, một khoảng cách khoảng 11 dặm. Các nhà khoa học ở Brookhaven cũng đang thử nghiệm khả năng truyền không dây của các photon vướng víu qua một khoảng cách tương tự trong không khí. Theo Kerstin Kleese van Dam, giám đốc sáng kiến khoa học tính toán của Brookhaven, kỹ thuật này đòi hỏi thời tiết thuận lợi, một ngày nào đó nó có thể bổ sung cho mạng lưới cáp quang. "Chúng tôi chỉ muốn giữ cho các tùy chọn của chúng tôi mở," cô nói. Việc gửi và nhận các photon vướng víu như vậy tương đương với các bộ định tuyến lượng tử, nhưng các nhà nghiên cứu tiếp theo cần một ổ cứng lượng tử - một cách để lưu thông tin mà họ đang trao đổi. "Những gì chúng ta đang ở trên đỉnh làm," Kleese van Dam nói, "là những kỷ niệm vướng trên dặm." Khi photon mang thông tin từ mạng, bộ nhớ lượng tử sẽ lưu trữ những qubit dưới dạng nguyên tử vướng, nhiều như hiện nay ổ cứng sử dụng nam châm lật để giữ các bit. Awschalom hy vọng Argonne và Đại học Chicago nhóm để có những kỷ niệm lượng tử làm việc vào mùa hè này, khoảng thời gian đó họ mở rộng mạng lưới của mình để Fermilab, lúc này nó sẽ kéo dài 100 miles.But mà về như xa như ánh sáng có thể đi trước khi phát triển quá mờ đọc. Trước khi họ có thể phát triển mạng lưới của mình lớn hơn nữa, các nhà nghiên cứu sẽ cần phải phát minh ra bộ lặp lượng tử - một thiết bị tăng cường tín hiệu bị teo cho một hành trình 100 dặm khác. Các bộ lặp lại internet cổ điển chỉ sao chép thông tin và gửi đi một luồng ánh sáng mới, nhưng quá trình đó phá vỡ sự vướng víu (một tính năng giúp truyền thông lượng tử an toàn khỏi những kẻ nghe trộm). Thay vào đó, Awschalom cho biết, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một kế hoạch để khuếch đại tín hiệu lượng tử bằng cách xáo trộn nó thành các dạng khác mà không cần đọc trực tiếp. "Chúng tôi có một số bộ lặp lượng tử nguyên mẫu hiện đang chạy. Chúng không đủ tốt", ông nói, "nhưng chúng tôi đang học hỏi rất nhiều." Bộ Năng lượng thuộc Bộ trưởng Khoa học Paul M. Dabbar (trái) gửi một cặp vướng víu các photon dọc theo vòng lượng tử. Ngoài ra còn có nhà khoa học Argonne David Awschalom (giữa) và Giám đốc Phòng thí nghiệm Argonne Paul Kearns. Phòng thí nghiệm Quốc gia ArgonneVà nếu Quốc hội phê duyệt dòng khoa học thông tin lượng tử trong ngân sách năm 2021, các nhà nghiên cứu như Awschalom và Kleese van Dam sẽ học hỏi được nhiều điều hơn nữa. Kinh phí bổ sung cho các thử nghiệm của họ có thể đặt nền móng cho một ngày nào đó mở rộng các liên kết địa phương của họ thành một mạng lưới rộng khắp cả nước. Paul Dabbar, Bộ trưởng phụ trách Khoa học của DOE cho biết: “Có một tầm nhìn dài hạn để kết nối tất cả các phòng thí nghiệm quốc gia, từ bờ biển này sang bờ biển khác”, Paul Dabbar, Bộ trưởng phụ trách khoa học của DOE, dẫn đầu về mạng lượng tử của Trung Quốc. Ví dụ, Trung Quốc đã hoàn thành đường trục dài 1.200 dặm nối Bắc Kinh và Thượng Hải mà các ngân hàng và các công ty khác đang sử dụng để mã hóa gần như an toàn hoàn hảo. Tuy nhiên, cuộc chạy đua cho một Internet lượng tử đầy đủ tính năng còn kéo dài nhiều hơn là chạy nước rút, và Trung Quốc mới chỉ vượt qua cột mốc đầu tiên. Kleese van Dam chỉ ra rằng không có bộ lặp lượng tử, mạng này dựa vào một vài chục nút "đáng tin cậy" - gót chân của Achilles đã tạm thời đặt phép lượng tử tạm dừng trong khi các qubit được đẩy qua các nút cổ chai dựa trên bit. Cô ấy đang cố gắng giao tiếp từ đầu đến cuối thực sự an toàn. Bà nói: “Những gì chúng tôi dự định làm còn vượt xa những gì Trung Quốc đang làm. Thêm vào đó từ Tech Drivers: Với Mỹ trên sân nhà, Facebook, Google thực hiện các động thái để giành được nhiều thị trường hơn nữa trong thị trường game. Các nhà nghiên cứu cuối cùng đã hình dung ra toàn bộ hệ sinh thái lượng tử của máy tính, ký ức và bộ lặp lại, tất cả đều nói cùng một ngôn ngữ chồng chất và vướng víu, với một chút khó hiểu. Awschalom nói: “Nó giống như một cái hầm lớn, nơi mọi thứ phải được giữ ở dạng cơ lượng tử. “Bạn không muốn đến thế giới cổ điển chút nào.” Sau những ứng dụng ngay lập tức như mã hóa không thể phá vỡ, ông suy đoán rằng một mạng lưới như vậy cũng có thể dẫn đến các cảm biến địa chấn có khả năng ghi lại sự rung động của hành tinh ở cấp độ nguyên tử, nhưng nói rằng hậu quả lớn nhất có thể sẽ là những hậu quả mà không ai nhìn thấy sắp tới. Ông so sánh tình trạng hiện tại của lĩnh vực này với thời điểm các kỹ sư điện phát triển các bóng bán dẫn đầu tiên và ban đầu sử dụng chúng để cải thiện thiết bị trợ thính, hoàn toàn không biết rằng chúng đang đặt ra một con đường mà một ngày nào đó sẽ mang lại truyền thông xã hội và hội nghị truyền hình. Argonne, và nhiều tổ chức khác mày mò về tương đương lượng tử của bóng bán dẫn, nhưng họ không thể không tự hỏi tương tự lượng tử của trò chuyện video sẽ như thế nào. "Rõ ràng là có rất nhiều lời hứa. Nó sẽ diễn ra nhanh chóng," Awschalom nói. "Nhưng phần thú vị nhất là chúng tôi không biết chính xác nó sẽ đi đến đâu."
click xem thêm cục sạc nha bạn
xem thêm nghe bạn
xem núi chúa