Các vệ tinh quan sát Trái đất ngày càng thu được lượng dữ liệu lớn, nhưng khả năng truyền toàn bộ dữ liệu về mặt đất luôn bị giới hạn bởi băng thông. Một vệ tinh có thể chụp được rất nhiều ảnh, trong khi trạm mặt đất phải chờ dữ liệu lần lượt được truyền xuống.

Một giải pháp là xử lý dữ liệu ngay trên vệ tinh, chỉ gửi về Trái đất những thông tin quan trọng. Đây là ý tưởng đứng sau một thử nghiệm đặc biệt của nhóm nghiên cứu tại Đại học Vienna, Áo.

Bộ xử lý của họ không sử dụng các qubit siêu dẫn như nhiều máy tính lượng tử hiện nay, mà dựa trên photon - các hạt ánh sáng. Hệ thống được chế tạo thành một thiết bị nhỏ gọn, gồm nguồn tạo cặp photon, một mạch quang tích hợp có 6 chế độ và các cảm biến đơn photon.

Thiết bị được phóng lên quỹ đạo thấp của Trái đất ngày 23/6/2025 trên tên lửa Falcon 9 của SpaceX. Bộ máy nằm trong một vệ tinh nhỏ hoạt động ở độ cao khoảng 510 km. Toàn bộ hệ thống có kích thước khoảng 15 x 15 x 45,3 cm, nặng 9,8 kg và tiêu thụ trung bình khoảng 10 watt điện.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống khá khác với máy tính thông thường. Một tia laser bước sóng 405 nm chiếu vào tinh thể đặc biệt để tạo ra từng cặp photon. Hai photon sau đó được đưa vào một mạch quang tích hợp bằng thủy tinh.

Mạch này có thể thay đổi đường đi của ánh sáng bằng những bộ gia nhiệt cực nhỏ, cho phép các nhà nghiên cứu lập trình cách photon tương tác với nhau.

Cuối cùng, các photon đi ra ở những đầu khác nhau của mạch và được các bộ dò đơn photon ghi nhận.

Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu điều chỉnh để hai photon trở nên không thể phân biệt về mặt lượng tử rồi cho chúng đi qua mạch. Các photon thể hiện hiện tượng giao thoa, chứng minh rằng trạng thái ánh sáng lượng tử có thể được tạo ra, điều khiển và phát hiện ngay trên quỹ đạo.

Đưa một hệ thống quang học lượng tử lên vũ trụ là thử thách lớn. Tên lửa tạo ra rung động và gia tốc mạnh, trong khi thiết bị phải chịu chân không, thay đổi nhiệt độ và bức xạ.

Thực tế, hệ thống đã gặp sự cố ngay từ đầu. 6 bộ dò photon được lắp đặt nhưng chỉ còn 3 bộ hoạt động để phục vụ thí nghiệm.

Bức xạ cũng dần làm tăng nhiễu của các bộ dò, trong khi nguồn laser suy giảm theo thời gian. Điều đó khiến số lượng tín hiệu photon có thể sử dụng bị hạn chế.

Dù vậy, trong khoảng 8 tháng đầu tiên trên quỹ đạo, thiết bị vẫn tạo ra, thao tác và phát hiện được các cặp photon, đồng thời thực hiện nhiều cấu hình khác nhau của mạch quang.

Các nhà nghiên cứu cho rằng kết quả chứng minh một nguyên tắc quan trọng: những thành phần vốn rất nhạy cảm của máy tính lượng tử quang tử có thể được thu nhỏ và đóng gói đủ chắc chắn để hoạt động ngoài không gian.

Tuy nhiên, đây chưa phải một máy tính lượng tử có thể thay thế máy tính vệ tinh thông thường.Thí nghiệm mới chỉ xử lý hai photon trong một mạch 6 chế độ.

Mục tiêu tiếp theo mới là kết nối trực tiếp dữ liệu do cảm biến vệ tinh thu được với bộ xử lý lượng tử. Khi đó, thay vì truyền ảnh thô về Trái đất, vệ tinh có thể dùng bộ xử lý để thực hiện một phần phân tích ngay trên quỹ đạo.

Thí nghiệm của Đại học Vienna đã lần đầu tiên chứng minh rằng một nền tảng xử lý lượng tử quang tử có thể thực sự tạo ra và điều khiển ánh sáng lượng tử trong không gian.