Các nhà khoa học từ Nam Phi và Trung Quốc đã tạo ra liên kết vệ tinh lượng tử liên lục địa dài nhất thế giới, với khoảng cách 12.900 km. Kết nối siêu bảo mật này được thực hiện nhờ vệ tinh vi lượng tử Jinan-1 của Trung Quốc, hoạt động trên quỹ đạo thấp của Trái Đất. Thành tựu này cũng đánh dấu một cột mốc lịch sử: thiết lập liên kết truyền thông vệ tinh lượng tử đầu tiên tại Nam Bán Cầu.
Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng Phân phối Khóa Lượng Tử (Quantum Key Distribution – QKD) để tạo ra khóa mã hóa theo thời gian thực. Các khóa này sau đó được sử dụng để truyền hình ảnh giữa các trạm mặt đất ở Trung Quốc và Nam Phi bằng phương pháp mã hóa một lần (one-time pad), vốn được coi là không thể phá vỡ về mặt lý thuyết. Thành công này là kết quả của sự hợp tác giữa Đại học Stellenbosch (Nam Phi) và Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc. Kết quả nghiên cứu đã được công bố vào ngày 19/3 trên tạp chí Nature.
Điều kiện thời tiết thuận lợi của Stellenbosch, đặc biệt là bầu trời quang đãng và độ ẩm thấp, giúp trạm mặt đất đạt tốc độ tạo khóa bảo mật lên đến 1,07 triệu bit trong một lần vệ tinh đi qua.
Cách thức truyền thông lượng tử đảm bảo bảo mật tuyệt đối
Truyền thông lượng tử tận dụng các nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử, đảm bảo mức độ bảo mật cực kỳ cao cho thông tin. Phân phối Khóa Lượng Tử sử dụng các photon đơn lẻ để mã hóa và truyền khóa bảo mật. Vì photon đơn không thể bị chặn, sao chép hoặc đo lường mà không làm thay đổi trạng thái lượng tử của chúng, công nghệ này mang lại khả năng bảo mật vô song, ngay cả trước các đối thủ mạnh.
Trung Quốc hiện đang dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ truyền thông lượng tử dưới sự dẫn dắt của giáo sư vật lý lượng tử Jian-Wei Pan. Quốc gia này đã xây dựng một hạ tầng lượng tử rộng lớn, bao gồm mạng lượng tử sợi quang dài 2.000 km kết nối 32 nút giữa các thành phố lớn, từ Bắc Kinh đến Thượng Hải.
Giáo sư Juan Yin, người đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển vệ tinh lượng tử đầu tiên của Trung Quốc, Micius, trước đó đã thiết lập liên kết lượng tử vệ tinh dài 7.600 km giữa Trung Quốc và Áo vào năm 2017. Trong dự án hợp tác Trung Quốc – Nam Phi này, ông tiếp tục dẫn dắt nhóm nghiên cứu Trung Quốc.
Nhóm nghiên cứu Nam Phi tại Khoa Vật lý của Đại học Stellenbosch do tiến sĩ Yaseera Ismail dẫn đầu. Bà là nhà thực nghiệm chủ chốt, chịu trách nhiệm thiết lập thành công liên kết vệ tinh lượng tử. Thành tựu mang tính bước ngoặt này cũng hỗ trợ kế hoạch ra mắt Trung tâm Khoa học và Công nghệ Lượng tử Stellenbosch, nhằm củng cố vai trò tiên phong của Nam Phi trong nghiên cứu và đổi mới lượng tử.
Sức mạnh của hợp tác khoa học toàn cầu
Nhìn lại thành tựu này, tiến sĩ Yaseera Ismail nhấn mạnh: “Hợp tác quốc tế và quốc gia là yếu tố thiết yếu để thúc đẩy nghiên cứu tiên tiến và mở rộng biên giới khoa học. Việc triển khai liên kết vệ tinh lượng tử đầu tiên tại Nam Bán Cầu là một thành tựu nổi bật của Nam Phi, thể hiện tiềm năng to lớn trong việc phát triển một hệ sinh thái lượng tử mạnh mẽ.”
Giáo sư Sibusiso Moyo, Phó Hiệu trưởng phụ trách Nghiên cứu, Đổi mới và Sau Đại học của Đại học Stellenbosch, cho biết: “Thành tựu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hỗ trợ và đầu tư vào các ngành khoa học cơ bản như tính toán lượng tử. Chúng tôi tự hào khi các nhà nghiên cứu của mình đang mở rộng ranh giới khoa học. Thành tựu này phù hợp với Tầm nhìn 2040 của Đại học Stellenbosch – trở thành đại học nghiên cứu hàng đầu tại châu Phi, được công nhận vì sự xuất sắc và tiên phong tri thức vì lợi ích xã hội.”
Thực hiện liên kết vệ tinh lượng tử đầu tiên tại Nam Bán Cầu tại Đại học Stellenbosch, Nam Phi. Vệ tinh vi lượng tử Jinan-1 trên quỹ đạo thấp truyền khóa bảo mật đến trạm mặt đất di động, được đặt trên nóc tòa nhà kỹ thuật của Đại học Stellenbosch. Ảnh: Ignus Dreyer
Tiến sĩ Yaseera Ismail, nhà vật lý lượng tử từ Khoa Vật lý của Đại học Stellenbosch, Nam Phi, là trưởng nhóm nghiên cứu Nam Phi trong dự án liên kết lượng tử. Ảnh: Stefan Els
