Một nghiên cứu mới đã khám phá ra các công nghệ có thể mở ra khả năng xử lý thông tin tiết kiệm năng lượng và bảo mật dữ liệu tinh vi, và có thể thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực viễn thông. Nghiên cứu từ Đại học Maryland đã giới thiệu một thiết bị xử lý dữ liệu viễn thông bằng ánh sáng, đạt được hiệu quả năng lượng và tăng cường khả năng bảo vệ chống lại tin tặc thông qua truyền thông lượng tử.
Các công nghệ xử lý thông tin tiên tiến từ nghiên cứu này giúp viễn thông “xanh” hơn (greener telecommunications) và cải thiện bảo mật dữ liệu cho hàng triệu người.
Sáng kiến này, phát minh bởi Phó giáo sư You Zhou thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu (MSE) của Đại học Maryland cùng với các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), đã được trình bày trong tạp chí Nature Photonics.
Cách mạng hóa truyền thông quang học
Các công tắc quang học, với chức năng gửi thông tin qua tín hiệu điện thoại, sử dụng ánh sáng làm phương tiện truyền dẫn và điện làm công cụ xử lý, đòi hỏi thêm một lượng năng lượng để giải mã dữ liệu. Phát minh mới của Zhou chỉ sử dụng ánh sáng để thực hiện toàn bộ quá trình truyền tải, giúp cải thiện tốc độ và hiệu quả năng lượng cho các nền tảng viễn thông và tính toán.
Các thử nghiệm ban đầu của công nghệ này đã cho thấy những cải tiến đáng kể về hiệu quả năng lượng. Thiết bị của Zhou tiêu thụ chỉ 1% năng lượng để kích hoạt một quá trình truyền thông tin, so với các công tắc quang học thông thường. Việc xây dựng một nguyên mẫu có khả năng xử lý thông tin bằng một lượng ánh sáng nhỏ, thông qua đặc tính “phản ứng phi tuyến tính” (non-linear response) của vật liệu, đã mở ra những cơ hội mới cho nhóm nghiên cứu của Zhou.
Zhou cho biết: “Đạt được sự phi tuyến mạnh mẽ là điều không ngờ tới, điều này đã mở ra một hướng đi mới mà chúng tôi chưa từng khám phá trước đây, đó là truyền thông lượng tử.”
Để chế tạo thiết bị này, Zhou đã sử dụng Máy ép vật liệu lượng tử (Quantum Material Press – QPress) tại Trung tâm Vật Liệu Nano Chức Năng (CFN) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nơi cung cấp thiết bị hàng đầu miễn phí cho các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu mở. QPress là một công cụ tự động để tổng hợp các vật liệu lượng tử với các lớp mỏng chỉ bằng một nguyên tử.
Suji Park, một nhà khoa học tại Nhóm vật liệu nano điện tử của CFN và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đã hợp tác với nhóm của Zhou trong nhiều năm. […] Cụ thể, chúng tôi đã cung cấp các mảnh vật liệu được tách chất lượng cao theo yêu cầu của họ, và chúng tôi đã làm việc cùng nhau để tối ưu hóa điều kiện tách vật liệu cho nghiên cứu của họ. Sự hợp tác này đã cải thiện đáng kể quá trình chế tạo mẫu của họ.”
Hướng đi tương lai và tăng cường bảo mật
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu của Zhou đặt mục tiêu nâng cao hiệu quả năng lượng xuống mức nhỏ nhất của năng lượng điện từ, một thách thức chính trong việc hiện thực hóa truyền thông lượng tử, mang đến một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho bảo mật dữ liệu.
Trong bối cảnh các cuộc tấn công mạng ngày càng gia tăng, xây dựng các biện pháp bảo vệ chống tin tặc phức tạp đã thu hút sự quan tâm của cộng đồng khoa học. Dữ liệu được truyền qua các kênh truyền thông thông thường có thể bị đọc và sao chép mà không để lại dấu vết, điều này đã gây ra hàng ngàn vụ rò rỉ dữ liệu cho 350 triệu người dùng vào năm ngoái, theo báo cáo gần đây của Statista.
Truyền thông lượng tử, ngược lại, cung cấp một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn khi chúng mã hóa thông tin bằng ánh sáng, thứ không thể bị can thiệp mà không làm thay đổi trạng thái lượng tử của nó. Phương pháp cải thiện tính phi tuyến của vật liệu mà Zhou phát triển là một bước tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa những công nghệ này.
Các đồng tác giả nghiên cứu: Houk Jang (trái) và Suji Park bên cạnh Máy ép vật liệu lượng tử. Ảnh: SciTech Daily.
Center for Functional Nanomaterials scientists and study co-authors Houk Jang (left) and Suji Park at the Quantum Materials Press. Credit: Jessica Rotkiewicz/Brookhaven National Laboratory — Photo: SciTech Daily
