Các nhà vật lý từ Đại học Ludwig-Maximilians (LMU) tại Munich lần đầu tiên đã truyền thành công một mã lượng tử an toàn qua bầu khí quyển từ trên máy bay xuống một trạm đặt tại mặt đất.

Thông tin liên lạc trên toàn thế giới có bao giờ được bảo vệ một cách an toàn tuyệt đối? Các nhà vật lý lượng tử tin rằng họ có thể cung cấp khóa bí mật sử dụng mật mã lượng tử thông qua vệ tinh. Không giống như cách thức liên lạc truyền thống dựa trên các bit cơ bản, mật mã lượng tử sử dụng các trạng thái lượng tử của các hạt ánh sáng đơn (photon) để trao đổi dữ liệu. Nguyên lý bất định của Heisenberg giới hạn độ chính xác mà vị trí và xung lượng của một hạt lượng tử có thể được xác định cùng một lúc, nhưng cũng có thể được khai thác để truyền thông tin an toàn. Giống như các cách thức cổ điển khác, mật mã lượng tử đòi hỏi một khóa mật chia sẻ giữa hai bên gửi và nhận thông tin để mã hóa và giải mã. Hiện tượng cơ học lượng tử đảm bảo sự an toàn của phân phối khóa lượng tử. Bởi vì trạng thái lượng tử là mong manh, việc khóa bị chặn bắt bởi một “kẻ nghe trộm” sẽ làm thay đổi các tính chất hành vi của các hạt, và do đó trở nên dễ bị phát hiện.

Phương thức mã hóa này đã được sử dụng bởi một số cơ quan chính phủ và các ngân hàng. Dữ liệu được gửi qua cáp sợi thủy tinh hoặc thông qua bầu khí quyển. Tuy nhiên, phân phối khóa quang học thông qua các kênh này bị giới hạn trong khoảng cách dưới 200 km, do tín hiệu có thể bị mất trên đường đi. Năm 2007, nhà vật lý học Harald Weinfurter ở LMU và nhóm của mình đã truyền thành công một khóa qua một khoảng cách dài 144 km trong không gian trống giữa các trạm mặt đất trên các đảo Tenerife và La Palma.

Phân phối các khóa loại này thông qua mạng lưới vệ tinh sẽ bảo đảm cho việc truyền dữ liệu an toàn nhất có thể trên quy mô toàn cầu.

Dữ liệu quang học từ một máy phát tín hiệu di động

Một nhóm nghiên cứu do Weinfurter và Sebastian Nauerth tại Khoa Vật lý Đại học LMU Munich dẫn đầu, phối hợp với Trung tâm Hàng không và Nghiên cứu vũ trụ (DLR) của Đức, đã thành công trong việc truyền thông tin lượng tử quang học từ một trạm mặt đất lên máy bay đang bay. Đây là lần đầu tiên mật mã lượng tử được sử dụng để liên lạc với một máy phát tín hiệu di động.

Kênh lượng tử đã được tích hợp vào hệ thống truyền thông không dây, dựa trên tia laser của DLR, cho phép DLR giám định và trải nghiệm với hệ thống được sử dụng trong việc thực hiện các thí nghiệm.

"Điều này cho thấy mật mã lượng tử có thể được thực thi như một phần mở rộng cho hệ thống hiện có", Sebastian Nauerth của LMU nói. Trong thí nghiệm này, các hạt photon đơn được gửi đi từ trên máy bay cho người nhận tại mặt đất. Thách thức ở đây là phải đảm bảo rằng các hạt photon phải được định hướng một cách chính xác tại kính thiên văn trên mặt đất, mặc dù vẫn chịu tác động của các dao động cơ học và nhiễu loạn trong không khí. "Với sự trợ giúp của các tấm gương cơ động, sai số mong muốn là dưới 3m trên khoảng cách 20 km đã đạt được," Florian Moll- trưởng dự án tại Viện truyền thông và định hướng DLR nói. Với mức độ chính xác này, William Tell có thể ném một quả táo trúng vào đầu con trai mình từ khoảng cách 500 m.

Liên quan đến tỷ lệ mất tín hiệu và ảnh hưởng của nhiễu loạn không khí, các khó khăn gặp phải trong cuộc thử nghiệm đã được so sánh với các thông số dự kiến khi truyền thông tin qua vệ tinh. Các sai số này cũng tương ứng với vận tốc góc của máy bay. Sự thành công của thí nghiệm là một bước tiến quan trọng hướng tới thông tin liên lạc an toàn trên toàn cầu thông qua vệ tinh.