Trong quá trình nghiên cứu hiện tượng rối hạt trong thế giới lượng tử, các nhà nghiên cứu ở Đại học Ottawa và Sapienza, ở Rome, Ý, đã chụp được một hình ảnh trông giống như biểu tượng "âm - dương".
Bức ảnh được chụp bằng một chiếc máy ảnh tiên tiến với độ chính xác nano giây tại thời điểm các photon chồng lên nhau để nghiên cứu đặc tính của chúng. Tóm gọn luôn, thành công của nghiên cứu không phải dừng lại ở tấm hình âm dương này mà là một cách chụp lượng tử, giúp nghiên cứu lượng tử nhanh hơn, đẩy nhanh thời gian ra đời của máy tính lượng tử vào một ngày nào đó trong tương lai.
Bên dưới đây là chi tiết hơn xíu cho anh em nào muốn đọc. Mình tổng hợp lại.
Một cách dễ hiểu, chắc hồi nhỏ đi học chúng ta đã nghe tới "lưỡng tính sóng - hạt" của ánh sáng. Và trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đang đi khám phá những đặc tính nằm giữa 2 trạng thái đó. Để làm được điều đó, nhóm nghiên cứu đã tìm ra được một kỹ thuật mang tính đột phá để "chụp" được đặc tính sóng của các photon ở trạng thái vướng víu lượng tử.
Bức ảnh được chụp bằng một chiếc máy ảnh tiên tiến với độ chính xác nano giây tại thời điểm các photon chồng lên nhau để nghiên cứu đặc tính của chúng. Tóm gọn luôn, thành công của nghiên cứu không phải dừng lại ở tấm hình âm dương này mà là một cách chụp lượng tử, giúp nghiên cứu lượng tử nhanh hơn, đẩy nhanh thời gian ra đời của máy tính lượng tử vào một ngày nào đó trong tương lai.
Bên dưới đây là chi tiết hơn xíu cho anh em nào muốn đọc. Mình tổng hợp lại.
Lượng tử là cái gì?
Một cách dễ hiểu, chắc hồi nhỏ đi học chúng ta đã nghe tới "lưỡng tính sóng - hạt" của ánh sáng. Và trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đang đi khám phá những đặc tính nằm giữa 2 trạng thái đó. Để làm được điều đó, nhóm nghiên cứu đã tìm ra được một kỹ thuật mang tính đột phá để "chụp" được đặc tính sóng của các photon ở trạng thái vướng víu lượng tử.
Giờ tới vướng víu lượng tử là cái gì? Một cách nôm na cho dễ hình dung, bây giờ bạn tưởng tượng mình có hộp chứa 1 đôi giày và bạn lấy 1 chiếc giày bên trái ra. Ngay lập tức, bạn sẽ xác định được thông tin chiếc còn lại, thí dụ như: đó sẽ là 1 chiếc đi chân phải, cùng màu, cùng size,.... Bất kể là 2 chiếc giày ở cạnh nhau hay 1 chiếc ở Trái Đất, 1 chiếc ở Sao Hỏa, thì mối liên kết như thế giữa 2 chiếc giày luôn là như vậy.
Bản chất của "mối liên kết" giữa 2 đôi giày có thể hiểu là một thí dụ của sự "vướng víu lượng tử". Còn ở định nghĩa khoa học hơn, vướng víu lượng tử là hiện tượng mà ở trong đó, hai hay nhiều hạt trở nên liên kết sâu sắc với nhau theo cách khiến cho các thuộc tính của chúng cũng tương quan với nhau, bất kể có tồn tại sự chia cách về mặt không gian giữa chúng hay không. Điều này đồng nghĩa với việc, trạng thái của một hạt này thay đổi sẽ tác động lập tức tới thuộc tính của hạt tương quan, dù chúng cách nhau vài mét hay vài nghìn năm ánh sáng.
Nghe có vẻ hơi viễn tưởng, nhưng nhiều năm qua, các nhà khoa học đã chứng minh được đó là một hiện tượng thực tế qua nhiều lần quan sát trong các thí nghiệm. Càng khám phá, các nhà khoa học càng nhận thấy rằng hiểu biết thông thường của chúng ta về cách hoạt động của thế giới, cho thấy có thể dùng sự kỳ diệu của vật lý lượng tử để lý giải lại hoạt động của vũ trụ. Trong thế giới đó, các hạt có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc và có ảnh hướng lẫn nhau.
Sự liên kết vướng víu lượng tử này đã vượt quá phạm vi nghiên cứu cơ bản trong thuyết tương đối của Einstein. Trong một báo cáo khoa học năm 1935, chính Albert Einstein, Boris Podolsky và Nathan Rosen đã đề cập tới vướng víu lượng tử, gọi đó là nghịch lý EPR. Tuy nhiên, họ cho rằng sự vướng víu lượng tử là một mô thức không đầy đủ về thực tế vật lý, đồng thời khẳng định rằng cơ học lượng tử thiếu những biến ẩn để xác định ra thuộc tính của các hạt một cách độc lập.
Tuy nhiên, các thí nghiệm được thực hiện sau này, đáng chú ý là các thử nghiệm Bell, đã chứng minh rằng nghịch lý EPR không thể được giải quyết bằng các biến ẩn cổ điển. Kết quả của các thí nghiệm này phù hợp với các dự đoán lượng tử, làm nổi bật bản chất thực sự phi cục bộ của sự vướng víu.
Người ta nghiên cứu lượng tử ra sao
Các nhà khoa học còn cho rằng đặc tính sóng là thành phần quan trọng trong cơ học lượng tử và có thể dùng nó để nghiên cứu rõ hơn về trạng thái lượng tử của một hạt. Trở lại thí dụ sự liên quan giữa 2 chiếc giày, "đặc tính sóng" của giày sẽ chứa các thông tin như kích thước, màu sắc, trái hay phải,.... Tương tự như vậy trong khoa học, các nhà nghiên cứu sẽ mô tả hàm sóng của một hạt bằng các thông tin như vị trí, vận tốc, spin cùng các tính chất lượng tử khác.
Tất nhiên, việc nghiên cứu đặc tính lượng tử của các hạt và biểu diễn nó dưới dạng hàm sóng không phải chuyện đơn giản. Để làm được điều này, các nhà khoa học sử dụng một kỹ thuật gọi là "chụp cắt lớp lượng tử", trong đó sẽ thực hiện các phép đo đạc phức tạp nhằm xác định chiều, số lượng các tính chất hoặc đặc điểm riêng của hệ lượng tử đó.
Trong cơ học lượng tử, mỗi chiều sẽ đại diện cho một thuộc tính riêng biệt có thể đo lường được, thí dụ như vị trí, động lượng, spin,... Khi nghiên cứu các hạt vướng víu hoặc các hệ lượng tử phức tạp hơn, số lượng chiều tăng lên đáng kể. Điều này có thể dẫn đến các hệ thống vướng víu tồn tại trong một không gian theo chiều cao, trong đó các chiều sẽ tương ứng với các đặc tính khác nhau của các hạt vướng víu.
Quảng cáo
Đó là tất cả những gì mà các nhà khoa học muốn biết khi "chụp lượng tử". Các thí nghiệm "chụp" trước đây có thể mấy hàng giờ hoặc nhiều ngày mới thu được kết quả. Nhưng không chỉ mất thời gian mà kết quả thu được cũng có độ tin cậy không cao. Cho dễ hình dung, nó giống như bạn được nhận nhiệm vụ đo chiều cao của một vật chỉ dựa vào bóng của nó đang đổ trên các bức tường khác nhau vậy.
Thí nghiệm lần này có ý nghĩa gì?
Và để cải thiện hiệu quả của thí nghiệm chụp, các nhà khoa học đã tìm tới kỹ thuật chụp 3 chiều hologram thay vì 2 chiều. Lần này, nhóm nghiên cứu sử dụng một giao thoa kế để tạo ra sự giao thoa ánh sáng nhằm ghi lại được hình ảnh cắt lớp 3 chiều trạng thái vướng víu lượng tử của các photon.
Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì chỉ bóng tối, chúng ta có hình ba chiều? Trong quang học cổ điển, ảnh ba chiều kỹ thuật số tạo ra hình ảnh ba chiều bằng cách sử dụng một giao thoa kế duy nhất - kết quả của sự giao thoa ánh sáng. Nhóm các nhà nghiên cứu do Ebrahim Karimi từ Đại học Ottawa dẫn đầu đã mở rộng khái niệm này sang lĩnh vực các photon vướng víu.
Trong thí nghiệm, họ chồng các photon vướng víu cần nghiên cứu lên một photon khác đã xác định rõ trạng thái lượng tử, sau đó quan sát khoảnh khắc các photon chạm nhau cùng một lúc và kết quả là một bức ảnh hình âm dương như anh em thấy ở đầu bài viết. Nhóm nghiên cứu mô tả nó giống như 2 diễn viên mua đồng bộ động tác một cách tuyệt đối và chụp hình lại vậy.
Và để chụp hình lại được khoảnh khắc này thì cần một máy ảnh. Trong nghiên cứu, nhóm đã sử dụng một thiết bị ghi hình công nghệ cao với độ chính xác lên tới nano giây, cho phép ghi lại và xác lập được mô hình phức tạp khi ánh sáng giao thoa.
Quảng cáo
Và kết quả của nghiên cứu không phải là để chụp ra tấm hình giống như âm dương cho vui mà thực ra, thí nghiệm đã chứng minh phương pháp chụp hình này là hiệu quả cao hơn trước đây trong việc nghiên cứu lượng tử, giúp rút ngắn thời gian thử nghiệm. Điều này sẽ tiếp thêm một bước trong công cuộc khám phá thế giới lượng tử của loài người.
Còn ứng dụng của nó? Hiểu được nhiều hơn về thế giới lượng tử, các nhà nghiên cứu sẽ khai thác để áp dụng cho nhiều lĩnh vực, thí dụ mật mã lượng tử, phương pháp giao tiếp an toàn dựa trên các đặc tính lượng tử. Nếu thành công, đây được đánh giá là một biện pháp giao tiếp tuyệt đối an toàn, không thể phá vỡ hay đột nhập đánh cắp được.
Chưa dừng lại ở đó, các nghiên cứu rõ hơn về quan tử cũng đóng một vai trò quan trọng trong điện toán lượng tử, một lĩnh vực hứa hẹn giải quyết các vấn đề phức tạp mà khả năng của máy tính cổ điển. Các nhà nghiên cứu tin rằng trong máy tính lượng tử, các qubit có thể ở trạng thái vướng víu, cho phép tính toán nhanh hơn theo cấp số nhân do khả năng tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái của chúng.
Đại khái vậy, nhức đầu lắm rồi, hehehe.
Nguồn Nature, Zmescience
