Quantum teleportation

 Quantum teleportation là gì?

Quantum teleportation (dịch chuyển lượng tử)) là một giao thức truyền trạng thái lượng tử từ một hệ (Alice) sang một hệ khác (Bob), mà không cần truyền trực tiếp hạt vật lý mang trạng thái đó. Điều được “dịch chuyển” không phải là photon hay electron, mà là toàn bộ thông tin lượng tử về trạng thái của chúng (bao gồm biên độ và pha).

Nói ngắn gọn:

Quantum teleportation cho phép tái tạo chính xác một trạng thái lượng tử ở nơi xa, trong khi trạng thái ban đầu bị phá hủy.

(Nguồn: https://quantumzeitgeist.com/quantum-dots-quantum-teleportation-2/)

 

Vì sao dịch chuyển lượng tử là cần thiết?

Trong thế giới cổ điển, ta có thể đo một trạng thái, ghi lại thông tin, sao chép và gửi đi. Nhưng trong thế giới lượng tử, ta không thể đo để biết đầy đủ trạng thái lượng tử, không thể sao chép hoàn hảo trạng thái lượng tử (định lý không sao chép) vì việc đo sẽ làm sập trạng thái. Quantum teleportation ra đời để giải quyết nghịch lý này: đó là  Truyền trạng thái mà không cần biết trạng thái đó là gì.

Ba “nguyên liệu” bắt buộc của quantum teleportation

Để dịch chuyển lượng tử hoạt động, cần đồng thời ba yếu tố:

1. Một cặp qubit vướng víu lượng tử: Alice và Bob phải chia sẻ trước một cặp qubit ở trạng thái vướng víu.

2. Phép đo đặc biệt (đo Bell) : Alice thực hiện phép đo chung giữa qubit cần gửi và qubit vướng víu của mình.

3. Kênh truyền thông tin cổ điển: Alice gửi kết quả đo (2 bit cổ điển) cho Bob.

 Thiếu bất kỳ yếu tố nào, teleportation không thể hoàn tất.

(Nguồn: https://chem.libretexts.org/Bookshelves)

Quy trình teleportation – từng bước trực quan

Bước 1: Chuẩn bị

Alice có một qubit ở trạng thái lượng tử chưa biết. Đồng thời, Alice và Bob đã chia sẻ sẵn một cặp qubit vướng víu.

Bước 2: Đo Bell (tại Alice)

Alice đo chung qubit cần gửi với qubit vướng víu của mình.

Hành động này:

• Phá hủy trạng thái ban đầu ở Alice
• Tạo ra 2 bit thông tin cổ điển

Bước 3: Gửi thông tin cổ điển

Alice gửi 2 bit này cho Bob qua kênh thông thường (Internet, cáp quang…).

Bước 4: Hiệu chỉnh (tại Bob)

Dựa vào 2 bit nhận được, Bob áp một phép hiệu chỉnh đơn giản lên qubit của mình.

Kết quả: qubit của Bob trở thành đúng trạng thái ban đầu của Alice.

 

(Nguồn: https://lahirumadushankablog.wordpress.com/2020/12/12/quantum-teleportation-explained/)

Những hiểu lầm phổ biến cần tránh

• Teleportation không truyền vật thể, không có hạt nào “biến mất rồi xuất hiện”.

• Teleportation không nhanh hơn ánh sáng, vì vẫn cần truyền 2 bit cổ điển, nên tốc độ bị giới hạn bởi thuyết tương đối.

• Teleportation không sao chép thông tin, trạng thái ban đầu bị phá hủy – không có bản sao nào tồn tại song song.

Teleportation tuân thủ đầy đủ các định luật vật lý.

Quantum teleportation cho thấy:

• Thông tin lượng tử là tài nguyên vật lý thực sự

• Trạng thái lượng tử có thể được “tái tạo ở nơi khác” mà không cần biết nội dung

• Vướng víu lượng tử đóng vai trò như “kênh tiềm ẩn” cho thông tin

Đây là minh chứng mạnh mẽ rằng thông tin và vật lý gắn chặt với nhau ở cấp độ cơ bản.  Nó không phải công nghệ viễn tưởng, mà đã được thực nghiệm thành công với photon, ion và các hệ lượng tử khác.

Nguồn tham khảo

• https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/education/concepts/quantum-teleportation
• https://brilliant.org/wiki/quantum-teleportation/
• https://www.quantamagazine.org/what-is-quantum-teleportation-20240314/
• https://nanoscience.ucf.edu/research/quantum/quantum-teleportation/
• https://www.bluequbit.io/blog/quantum-teleportation