Intenet lượng tử được kỳ vọng sẽ mở ra những hướng truyền tin nhanh chóng với mức độ an toàn cao hơn. Việc nắm giữ và ứng dụng công nghệ này trong thực tế là mục tiêu chiến lược của nhiều khu vực, quốc gia trên thế giới.

Hiệu quả an toàn thông tin

Vào tháng 5/2023, TS Benjamin Lanyon, Đại học Innsbruck (Áo), đã đạt được bước tiến quan trọng trong việc tạo ra một mạng Internet mới. Ông truyền thông tin dọc theo sợi cáp quang dài 50 km bằng cách ứng dụng các nguyên lý vật lý lượng tử. Dưới cơ chế này, mạng Internet mới gọi là mạng Internet lượng tử.

Khác với đơn vị dữ liệu là chữ số nhị phân, thông tin trong vật lý lượng tử được lưu trữ và xử lý bởi máy tính, tạo thành cốt lõi của mạng lưới toàn cầu (World Wide Web) hiện nay. Lĩnh vực vật lý lượng tử tập trung vào những đặc tính và tương tác của phân tử, nguyên tử và các hạt thậm chí nhỏ hơn như electrons và photons.

Mạng Internet lượng tử sẽ sử dụng bit lượng tử, hay còn gọi là “qubit”, hứa hẹn truyền thông tin an toàn hơn vì nó giúp ngăn chặn hành vi trộm cắp thông tin qua mạng.

TS Lanyon cho biết, nghiên cứu của ông sẽ giúp Internet lượng tử hoạt động tốt trong các thành phố và sau đó là giữa các thành phố. Bước tiến của ông là một phần trong dự án nghiên cứu của Liên minh châu Âu (EU) nhằm tiến gần hơn đến mạng Internet lượng tử.

Được gọi là Liên minh Internet lượng tử (QIA), dự án phát triển mạng Internet lượng tử quy tụ các viện nghiên cứu và tập đoàn công nghệ trên khắp châu Âu. QIA nhận được kinh phí 25,5 triệu USD từ EU trong 3,5 năm và kết thúc vào cuối tháng 3/2026.

Bà Stephanie Wehner, Giáo sư thông tin lượng tử tại Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) và là người điều phối QIA, cho biết: “Việc phát triển Internet lượng tử không thay thế mạng Internet thông thường mà là để hợp tác cùng nhau”.

Một khái niệm then chốt trong vật lý lượng tử là rối lượng tử. Nếu hai hạt bị rối, bất kể chúng ở xa bao nhiêu trong không gian, chúng vẫn sở hữu đặc tính tương tự.

Ví dụ, cả hai có cùng đại lượng vật lý “spin”, biểu thị hướng mômen động lượng nội tại của một hạt cơ bản. Trạng thái spin của hạt không rõ ràng cho tới khi quan sát được. Trước đó chúng ở nhiều trạng thái gọi là chồng chập nhưng khi đã quan sát được, trạng thái của hai hạt đều được xác định rõ.

Việc xác định được các đặc tính tương tự của hạt mang lại hiệu quả trong an toàn truyền tin. Theo đó, những người muốn bí mật ăn cắp dữ liệu truyền qua lượng tử sẽ để lại dấu vết rõ ràng vì họ đã nhúng tay và làm thay đổi trạng thái của hạt đã được xác định. “Chúng tôi có thể sử dụng đặc tính của rối lượng tử để đạt được một biện pháp truyền tin an toàn ngay cả khi kẻ tấn công có máy tính lượng tử”, bà Stephanie giải thích.

Mạng Internet lượng tử sẽ sử dụng bit lượng tử, hay còn gọi là ‘qubit’.

Vượt xa mạng Internet truyền thống

Thông tin liên lạc an toàn được truyền đi bởi Internet lượng tử hứa hẹn mở ra nhiều ứng dụng vượt xa khả năng của mạng Internet truyền thống. Ví dụ, trong y học, rối lượng tử cho phép đồng bộ hóa đồng hồ, cải tiến phẫu thuật từ xa. Trong thiên văn học, kính viễn vọng dùng để quan sát xa xôi có thể sử dụng Internet lượng tử để tạo ra hiệu ứng rối giữa các cảm biến, cung cấp hình ảnh chất lượng tốt hơn về không gian.

“Nhiều ứng dụng của Internet lượng tử sẽ trở nên rõ ràng hơn sau khi công nghệ này được tạo ra. Nó mang lại nhiều khả năng mới để thực hiện các phép đo chính xác về không gian và thời gian cũng như nghiên cứu cách thế giới và vũ trụ hoạt động”, TS Lanyon cho biết.

Tuy nhiên, khó khăn hiện nay là mở rộng quy mô Internet lượng tử để sử dụng nhiều hạt qua khoảng cách dài. TS Lanyon và các cộng sự đã chứng minh được khả năng giao tiếp không chỉ giữa các hạt riêng lẻ mà giữa các chùm hạt, trong trường hợp này là hạt ánh sáng photon. Quá trình tương tác này có thể thúc đẩy tỷ lệ rối giữa những nút lượng tử.

Mục tiêu cuối cùng là mở rộng các nút lượng tử đến phạm vi lớn hơn, có thể là 500 km, tạo ra một loại Internet lượng tử có thể kết nối các thành phố xa xôi, tương tự mạng Internet truyền thống.

Cho đến nay, các chuyên gia vẫn thận trọng khi đưa ra dự đoán về thời điểm có thể ứng dụng Internet lượng tử. Ngoài Internet lượng tử, EU cũng đang nỗ lực phát triển máy tính lượng tử. Hồi tháng 6, liên minh này thông báo 6 quốc gia Cộng hòa Séc, Pháp, Đức, Italy, Ba Lan và Tây Ban Nha sẽ sở hữu máy tính lượng tử.

Mục tiêu là đảm bảo châu Âu luôn đi đầu trong cuộc cách mạng công nghệ lượng tử. Máy tính lượng tử được kỳ vọng sở hữu sức mạnh tính toán chưa từng có với nhiều công dụng tiên tiến. Các chuyên gia tin rằng, máy tính lượng tử có thể cường hóa sức mạnh của trí tuệ nhân tạo, bẻ khóa các mã hóa dùng để bảo vệ máy tính.

Ngoài châu Âu, Trung Quốc và Mỹ cũng ghi nhận nhiều bước tiến về máy tính và Internet lượng tử trong những năm gần đây. Nhưng châu Âu đang tiến xa hơn khi phát triển không gian tích hợp và cơ sở hạ tầng mặt đất để truyền tin an toàn. Đây là một phần cốt lõi của Internet lượng tử.