Internet trong tương lai sẽ phát triển vượt bậc ra sao?

Internet trong tương lai sẽ phát triển vượt bậc ra sao?

May 29, 2018 0 By Nga Truong

Sự phát triển của Internet là một trong các yếu tố quan trọng và đã làm thay đổi cuộc sống của con người. 15 năm qua, internet đã phát triển nhanh như vũ bão. Vậy trong tương lai của internet sẽ phát triển như thế nào?

Các thế hệ máy tính siêu tốc vượt khỏi sức tưởng tượng của con người – máy tính lượng tử sẽ ra đời, cùng với nó là sự xuất hiện mạng truyền thông mới an toàn, bảo mật – truyền thông lượng tử. Và hệ quả của nó là sự ra đời tất yếu của một mạng máy tính toàn cầu mới có nhiều tính năng vượt trội khác xa với mạng máy tính toàn cầu hiện nay – mạng máy tính lượng tử. Để bắt kịp với sự phát triển đó, các phòng thí nghiệm trên Học viện Công nghệ thế giới đã bắt tay vào nghiên cứu mạng máy Bưu chính Viễn thông tính lượng tử và bước đầụ thu được một số thành tựu. Bài viết này sẽ giới thiệu những hiểu biết ban đầu về một mạng máy tính Internet lượng tử trên thế giới đã và đang được nghiên cứu.

Internet lượng tử là “mắt xích” trong hệ thống thông tin lượng tử

Máy tính là linh hồn của ngành công nghệ thông tin (CNTT), chỉ khi có máy tính thì CNTT mới phát triển như ngày nay. Thông tin lượng tử ra đời khi xuất hiện máy tính lượng tử, keo theo sự phát triển tất yếu của các lĩnh vực khoa học: mật mã lượng tử và truyền thông lượng tử. Tuy nhiên, để có thể “tổ hợp” máy tính lượng tử, truyền thông lượng tư và mật mã lượng tử thì phải có mạng Internet lượng tử như mô hình dưới đây.

Cở sở vật lý hình thành nên Internet lượng tử

Truyền thông lượng tử là cơ sở hình thành Internet lượng tử trong tương lai. Internet lượng tử dựa trên một nguyên lý của cơ học lượng tử đã chứng minh là: hai hạt ràng buộc có tính chất cảm nhận nhau tức thì (còn gọi là cách cảm hay vướng víu), nghĩa là khi một hạt thay đổi trạng thái thì hạt kia ngay tức thì (vận tốc vô hạn) cũng thay đổi trạng thái theo, bất kể chúng nằm xa nhau đến mấy trong vũ trụ. Như vậy, phương pháp lựa chọn Internet lượng tử cho phép truyền thông tin từ vị trí này đến vị trí khắc mà không cần một vận chuyển vật lý nào ngoài việc thay đổi trạng thái của hạt ràng buộc này thì hạt ràng buộc kia nhận được thông tin tức thì.Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, các nhà vật lý đã lợi dụng được những tính chất kỳ lạ của thế giới lượng tử. Một trong những tính chất đó là sự ràng buộc chặt chẽ tồn tại giữa các hạt, mà ta coi đó giống như một sự “cách cảm”. Cách cảm là mối liên hệ kỳ lạ giữa những hạt đã từng một lúc nào đó trước đây có quan hệ với nhau. Sự liên hệ này diễn ra tức thời và ngay cả khi các hạt nằm ở hai đầu khác nhau của vũ trụ.

Internet trong tương lai sẽ phát triển vượt bậc ra sao? - Ảnh 1

Mối ràng buộc xảy ra khi một photon đi vào một tinh thể phi tuyến đặc biệt, chẳng hạn bêta bari borat. Tinh thể này làm photon bị phân ra làm đôi và hai hạt photon con này đi theo những hướng khác nhau. Nhưng cho dù chúng đi đâu, giữa chúng bao giờ cũng có sự ràng buộc ở khía cạnh là, hễ làm một điều gì đó đối với một hạt này thì hạt sinh đôi với nó cũng có phản ứng, mặc dù hai hạt có thể nằm ở cách nhau rất xa. Khả năng cách cảm này đã được dùng để thực hiện mật mã lượng tử và những máy tính lượng tử ở qui mô rất nhỏ và truyền đi xa. Nếu những hạt cách cảm này có thể đưa đi khắp thế giới theo mạng “Internet lượng tử’ thì chúng sẽ tạo nện một cuộc cách mạng trong máy tính, viễn thông và hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Nhờ truyền thông lượng tử, những máy tính lượng tử có thể liên kết với nhau tạo nên những máy có khả năng xử lý số cực mạnh. Thông tin có thể bay khắp toàn cầu với tốc độ vượt xa những tốc độ mà về lý thuyết có thể với những công nghệ hiện nay. Bất kỳ ai khi muốn vận hanh các máy tính lượng" tử đều có thể tải xuống tất cả những phần mềm cần thiết.

Những nhà vật lý sẽ nhận được tức khắc những mẫu vật liệu lượng tử sẵn có. Mỗi một ứng dụng tiềm năng này đều là những lý do thừa đủ để tạo nên mạng Internet lượng tử. Mô hình của Internet lượng tử được đưa ra là sử dụng phương pháp phân phối khóa lượng tử- Quantum key distribution (QKD), nhằm xây dựng một mạng lưới truyền thông an toàn và bảo mật giữa các máy tính trong mạng lưới Internet lượng tử trong tương lai. Cho đến nay, các nhà khoa học trên thế giới đã đạt được nhiều thành tựu trong lĩnh vục xây dụng mạng Internet lượng tử nhóm Zeilingr cùng đồng nghiệp thuộc Đại học Vienna và Công ty nghiên cứu ARC Seibersdort đang nghiên cứu thiết kế mạng Internet lượng tử truyền qua một hệ thống vệ tinh.

Những thách thức của Internet lượng tử

Cả Internet ngày nay và Internet lượng tử đều có chung một mục đích là phục vụ con người tìm kiếm thông tin, hội thảo truyền hình, dạy và học qua mạng… Tuy nhiên, Internet lượng tử lại là sự phát triển cao của Internet hiện tại. Hiện nay, mạng Internet còn có một số vướng mắc, khó mà giải quyết, tiêu biểu là tình trạng đánh cắp thông tin bởi các hacker. Ngoài ra, như chúng ta đã biết, tốc độ đường truyền của Internet ngày nay đang ngày càng cao. Tuy nhiên, một khó khăn gặp phải cung hoàn toàn tương tự như đối với các máy tính điện tử, mạng máy tính ngày nay truyền tin thông qua các sợi thông tin quang. Những xung ánh sáng rất nhỏ được biến thành tin hiệu truyền tin, tuy nhiên các xung ánh sáng này sẽ mang thông tin kém đi khi tăng tốc độ truyền tin. Điều này đã làm đau đầu nhiều nhà khoa học trên thế giới khi mà nhu cầu về tốc độ truyền tin của con người ngày một cao. Làm gì khi đã đạt đến ngưỡng giới hạn? Con đường lượng tử đã đưa ra một hướng đi mới, tháo gỡ khó khăn này. Khi chúng ta đã có các tiền đề là các máy tính lượng tử sử dụng các thuật toán lượng tử và mạng truyền thông xa, bảo mật thì một mạng Internet lượng tử ra đời là hoàn toàn tất yếu. Một cuộc cách mạng thật sự về Internet bùng nổ, không có bất kì một mạng truyền thông nào hiện nay có thể sánh được với nó.

Internet trong tương lai sẽ phát triển vượt bậc ra sao? - Ảnh 2

Tất cả các vấn đề chưa giải quyết được với mạng Internet ngày nay sẽ được giải quyết triệt để với mạng lượng tử. Các hacker sẽ không thể đột nhập dễ dàng vào các hệ thống máy tính của các tổ chức chính trị, quân sự, tập đoàn tài chính… để đánh cắp thông tin bởi sự bảo vệ vô cùng chắc chắn của mạng lượng tử. Nhưng tốc độ truyền tin mới gây sự ngạc nhiên lớn, bằng hiện tượng cách cảm của các hạt vật chất truyền đi với vận tốc vô tận bất kỳ khoảng cách bao xa trong vũ trụ, độ nhiễu của các tín hiệu vô cùng nhỏ, cho phép chúng ta truyền dữ liệu với tốc độ cao. Khi đó các ứng dụng mới đối với đường truyền tốc độ siêu cao tốc sẽ ra đời. Đối vả các tổ chức chính phủ thì thông tin tuyệt mật như thông tin quân sự, chính sách đối nội, đối ngoại… sẽ được bảo mật một cách an toàn. Đối với các tổ chức tài chính như ngân hàng thì vấn đề bảo mật được đặt lên hàng đầu, họ sẽ an tâm vì thông tin về tài khoản của khách hàng sẽ được giữ kín… Còn đối với đông đảo mọi người thì mạng

Internet lượng tử mới đem lại nhiều điều thú vị. Sử dụng các công nghệ đòi hỏi đường truyền tốc độ cao như công nghệ truyền hình ảnh ba chiều, các dịch vụ giải trí sử dụng công nghệ hình ảnh ảo ba chiều sẽ khiến người xem có cảm giác như đang chứng kiến tận mắt. Ngoài ra, thế hệ máy tính thông minh cùng với mạng truyền thông siêu tốc sẽ đem lại một kỷ nguyên mới về công nghệ, con người sẽ không phải làm việc nặng nhọc lẫn những lao động trí óc không cần thiết mà vẫn thu thập được đầy đủ mọi thông tin, con người sẽ đem cả thế giới vào trong nhà mình… Với trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay, ước mơ về một mạng lượng tử sẽ sớm trở thành hiện thực. Đó thực sự là một cuộc cách mạng khoa học cổng nghệ trong tương lai.

Ứng dụng của Internet lượng tử trong tương lai

Để tạo ra mạng Internet lượng tử, cần phải xây dựng lại nền tảng trí tuệ của ngành thông tin. Tất cả những liên hệ băng điện thoại, truyền thanh, truyền hình và Internet đều dựa trên công trình của Shannon. Vào những năm 1940, Shannon đã đặt nền móng cho lý thuyết thông tin cổ điển, ông đã xác định năng lực lý thuyết của các kênh truyền thông, tức là lượng thông tin cực đại có thể chuyển đi một cách tin cậy và nêu ra các kỹ thuật nén tin để giúp nâng cao hiệu quả. Shannon cũng tìm được biện pháp khắc phục nhiễu tạp của kênh truyền tin. Thí dụ, người gửi có thể lặp lại mỗi bít 3 lần. Ông gọi giải pháp này là mã hóa kênh. Shannon cũng tìm ra giới hạn hiệu quả về mặt lý thuyết. Thế hệ máy điện thoại di động sắp đến sẽ sử dụng các mã kênh vừa mới phát triển gần đây và sẽ đụng đầu với “giới hạn Shannon” nay. Tuy nhiên, những ý tưởng của Shannon chỉ áp dụng cho thông tin cổ điển. Một thách thức lớn bây giờ là việc viết lại lý thuyết Shannon cho thế giới lượng tử để mở đường cho Internet lượng tử.

Internet trong tương lai sẽ phát triển vượt bậc ra sao? - Ảnh 3

Điều hấp dẫn của mạng Internet lượng tử sẽ là một phương tiện lý tưởng để truyền đi xa những phân tử phức hợp đến mọi nơi trên thế giới. Hiện tại mới chuyển dời được trạng thái photon, nhưng tương lai có thể chuyển được các nguyên tử, phân tử, thậm chí cả virus. Điều này có thể thành hiện thực khi các nhà vật lý phân ra những vấn đề thực tiễn của Internet lượng tử. Các nhà vật lý có thể dùng những đôi nguyên tử để gửi thông tin lượng tử giữa các máy microcomputer, chỉ co điều là họ phải tăng quy mô của các máy tính lượng tử để chúng thực hiện được những phép tính hữu ích. Những máy tính lượng tử hiện tại vẫn chủ yếu là những phân tư cá thể lẻ xử lý thông tin lượng tư nhưng không có khả năng chia sẻ thông tin. Máy tính mạnh nhất la 15 qubit ở Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Mỹ. Nếu nối song song nhiều máy tính này có thể thực hiện được những phép tính lượng tử hữu ích. Với một mạng tỏa rộng như web, sẽ có thể thực hiện được một khối lượng tính toán khổng lồ trên toàn thế giới.

Trong tương lai, khi con người thám hiểm không gian vũ trụ rộng lớn, những hạn chế của thông tin truyền thống sẽ cản trở rất nhiều. Ví như khi con tàu vũ trụ đến được một hành tinh cách Trái đất 1 năm ánh sáng, thì thông tin vô tuyến giữa Trái đất và hành tinh đó sẽ kéo dài tới 2 năm hay hơn, như vậy thông tin vô tuyến hiện nay sẽ chẳng còn ý nghĩa gì nữa. Do đó, truyền thông lượng tử và Internet lượng tử sẽ trở thành phương thức thông tin chủ đạo trong tương lai. 

Nguồn tổng hợp