Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review Letters ngày 2/12/2024, các nhà khoa học đã sử dụng PyTheus, một công cụ AI được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ thiết lập thí nghiệm quang học lượng tử.
Các nhà khoa học đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để khám phá một phương pháp dễ dàng hơn nhằm tạo ra rối lượng tử giữa các hạt hạ nguyên tử, giúp đơn giản hóa các công nghệ lượng tử trong tương lai.
Khi hai hạt như photon trở nên rối lượng tử, chúng có thể chia sẻ các thuộc tính lượng tử—bao gồm cả thông tin—bất kể khoảng cách giữa chúng xa đến đâu. Đây là một trong những hiện tượng quan trọng nhất trong vật lý lượng tử, đồng thời cũng là chìa khóa giúp máy tính lượng tử trở nên mạnh mẽ vượt trội so với máy tính truyền thống.
Tuy nhiên, việc tạo ra rối lượng tử chưa bao giờ là điều dễ dàng. Thông thường, quá trình này đòi hỏi chuẩn bị hai cặp photon rối lượng tử riêng biệt, sau đó đo độ mạnh của trạng thái rối (Bell-state measurement) trên một photon của mỗi cặp. Các phép đo này khiến hệ lượng tử sụp đổ và để lại hai photon còn lại rơi vào trạng thái rối, ngay cả khi chúng chưa từng tương tác trực tiếp. Đây chính là nguyên lý của hoán đổi rối lượng tử, một cơ chế quan trọng để thực hiện dịch chuyển lượng tử (quantum teleportation).
AI phát hiện cách tạo rối lượng tử đơn giản hơn
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review Letters ngày 2/12/2024, các nhà khoa học đã sử dụng PyTheus, một công cụ AI được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ thiết lập thí nghiệm quang học lượng tử.
Ban đầu, nhóm nghiên cứu chỉ định tái tạo lại các quy trình đã được thiết lập trước đó để hoán đổi rối lượng tử trong giao tiếp lượng tử. Tuy nhiên, PyTheus liên tục đưa ra một phương pháp đơn giản hơn để đạt được kết quả tương tự.
ADVERTISING
iTVC from Admicro
Theo Sofia Vallecorsa, nhà vật lý tại sáng kiến công nghệ lượng tử của CERN (không tham gia nghiên cứu), AI đã có thể học được bản chất vật lý của hệ thống này thông qua mạng nơ-ron nhân tạo, vốn được đào tạo trên tập dữ liệu phức tạp mô tả cách thiết lập thí nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau.
Các mô hình của AI gợi ý rằng rối lượng tử có thể tự phát sinh nhờ tính bất khả phân biệt của quỹ đạo photon. Khi có nhiều nguồn phát photon khác nhau và vị trí phát trở nên không thể phân biệt, photon có thể rơi vào trạng thái rối dù ban đầu không có rối lượng tử giữa chúng.
Bước tiến lớn trong công nghệ mạng lượng tử
Ban đầu, các nhà khoa học hoài nghi về kết quả này, nhưng AI liên tục đưa ra cùng một giải pháp, buộc họ phải kiểm chứng lý thuyết. Sau khi điều chỉnh lại các nguồn phát photon để đảm bảo chúng không thể phân biệt, họ đã tạo ra điều kiện mà trong đó, khi phát hiện photon ở một số vị trí nhất định, hai photon còn lại chắc chắn sẽ rơi vào trạng thái rối lượng tử.
Đây là một đột phá quan trọng vì nó giúp đơn giản hóa quá trình tạo rối lượng tử, điều có thể mang lại tác động lớn đến mạng lượng tử—hệ thống truyền thông lượng tử giúp bảo mật thông tin ở mức cao nhất.
"Công nghệ càng đơn giản, ứng dụng thực tế càng rộng mở," Vallecorsa cho biết. "Khả năng xây dựng những mạng lượng tử phức tạp với nhiều cấu trúc khác nhau có thể tạo ra tác động lớn so với những hệ thống điểm-đến-điểm đơn giản trước đây."
Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là liệu công nghệ này có thể mở rộng thành một quy trình thương mại khả thi hay không, khi các yếu tố như nhiễu môi trường và sai số thiết bị vẫn có thể gây ra bất ổn trong hệ lượng tử.
Bên cạnh đột phá về lượng tử, nghiên cứu này cũng chứng minh tiềm năng của AI như một công cụ nghiên cứu khoa học.
"Chúng tôi ngày càng xem xét việc ứng dụng AI vào nghiên cứu, nhưng vẫn có một số hoài nghi, đặc biệt là về vai trò của nhà vật lý trong kỷ nguyên AI," Vallecorsa nhận xét. "Tuy nhiên, nghiên cứu này đã chứng minh AI có thể trở thành một công cụ mạnh mẽ mà các nhà vật lý có thể tận dụng để đạt được những kết quả đáng kinh ngạc."
