![[Nghiên cứu] Nguyên lý bất định Heisenberg bị nghi ngờ về độ chính xác](https://lh3.googleusercontent.com/gLpL8Rbxw1OoXw9haJXUJkPzXRlnDTen0XsQi7poaz8b1CxANUn8HX--4rET9hlf1277eClqRnR_CHM-soFQNOki52_dwVGbGIYuqOdBHMsYQM5Rqgc)
Lee Rozema (phải) và đồng nghiệp đang chuẩn bị các cặp photon ở trạng thái rối (entangled photons) để nghiên cứu độ nhiễu loạn của chúng sau khi đo đạc
Nguyên lý bất định nổi tiếng của Werner Heisenberg được lập ra vào năm 1927 là một trong những cột trụ của cơ học lượng tử và đã được ứng dụng rất nhiều từ trước đến nay. Trong dạng phát biểu cơ bản nhất, nguyên lý nói rằng không thể đo đạc bất kỳ một thứ gì mà không làm nhiễu loạn nó, ví dụ như đo vị trí sẽ làm ảnh hưởng đến vận tốc và ngược lại với độ bất định được xác định cụ thể. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại đại học Toronto (University of Toronto - Canada) đã đề xuất một phương pháp tổng quát để đo đạc độ chính xác và mức độ nhiễu loạn của bất kỳ một hệ vật lý nào. Điều thú vị là kết quả của họ cho thấy rằng đánh giá độ bất định của Heisenberg cao hơn so với các phép đo đạc mà họ thực hiện trong phòng thí nghiệm. Nói cách khác, theo nhóm nghiên cứu, hệ thức của Heisenberg không chính xác.
"Thế giới lượng tử đầy sự bất định, tuy nhiên nghiên cứu của chúng tôi về chúng không phải thêm vào quá nhiều sự bất định như chúng ta thường nghĩ [theo tính toán của Hệ thức Heisenberg]”, Lee Rozema, trưởng nhóm nghiên cứu phát biểu. Nghiên cứu này hiện đã được xuất bản trên tạp chí chuyên ngành danh tiếng Physical Review Letter, nếu kết quả này chính xác, ảnh hưởng của nó lên cơ học lượng tử nói chung và các phép đo thực tế liên quan đến hệ lượng tử nói riêng sẽ cực kỳ lớn.
Quay trở lại phương pháp đo mà nhóm sáng tạo, Lee Rozema cho biết họ đã tự thiết kế nên một thiết bị đo độ phân cực của một photon (lượng tử ánh sáng). Những gì họ cần làm sau đó để xác định độ nhiễu loạn là đo đạc photon trước và sau khi phép đo với thiết bị này được thực hiện. Nhưng làm thế nào để đo được photon trước khi dùng thiết bị mới này mà ít gây ảnh hưởng đến nó nhất? Để vượt qua được khó khăn này, Rozema và đồng nghiệp đã sử dụng một kỹ thuật có tên “đo đạc yếu” (weak measurement) trong đó tác động của một thiết bị đo đủ yếu để ảnh hưởng của chúng lên đối tượng là không thể nhận ra. Khi photon được gửi đến thiết bị đo đạc, các nhà nghiên cứu “đo đạc yếu” hạt này trước khi đo đạc bình thường lại một lần nữa sau đó. Điều ngạc nhiên là kết quả so sánh qua phép đo cho thấy độ nhiễu loạn gây ra do phép đo nhỏ hơn giá trị mà hệ thức bất định đòi hỏi.
"Mỗi lần đo chỉ cho chúng ta một chút ít thông tin về sự nhiễu loạn, nhưng bằng cách lặp lại thí nghiệm nhiều lần chúng tôi đã có thể có được hình dung tốt nhất về mức độ nhiễu loạn của photon”, Rozema phát biểu.
Giản đồ trình bày phương pháp tổng quát để đo đạc độ chính xác và mức nhiễu loạn của một hệ bất kỳ: hệ được đo đạc yếu trước khi gửi chúng đến thiết bị đo đạc bình thường
Được biết, trước đó một số nhà khoa học cũng đã đặt nghi ngờ tính đúng đắn của nguyên lý bất định. Năm 2003, nhà vật lý Nhật Bản Masanao Ozawa đã cho rằng nguyên lý Heisenberg không thể áp dụng đúng trong đo đạc và ông đã đề xuất một phương pháp gián tiếp kiểm nghiệm điều này. Tiếp nối công trình này, năm 2010, 2 nhà khoa học khác tại đại học Griffith, Austin Lund và Howard Wiseman, đã chứng tỏ rằng các phép đo đạc yếu có thể được dùng để xác định rõ đặc điểm của quá trình đo đạc hệ lượng tử. Tuy nhiên, phép đo đạc yếu do 2 nhà khoa học này đề xuất lại có nhược điểm là đòi hỏi một chiếc máy tính lượng tử loại nhỏ, điều không thể thực hiện vào thời điểm hiện tại. Dựa trên các nghiên cứu đó, nhóm của Rozema đã sử dụng một kỹ thuật mang tên “cluster state quantum computing” (tạm dịch: tính toán lượng tử trạng thái đám) để đơn giản hóa đòi hỏi phải có máy tính lượng tử của phép đo đạc yếu và cho phép thực hiện đo đạc yếu, yếu tố rất quan trọng trong công trình của nhóm, ngay trong phòng thí nghiệm vào thời điểm hiện tại.
Các bạn quan tâm chi tiết có thể tải về bài báo trên tạp chí Physical Review Letter ở đây (cần tài khoản), hoặc trên kho tài liệu Arxiv.org tại đây để đọc thêm về công trình này.
Nguồn: Phys.org
