Hiện tượng lượng tử rối

Hiện tượng lượng tử rối, hay còn gọi là rối lượng tử hoặc liên đới lượng tử, là một hiện tượng trong cơ học lượng tử, trong đó trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể liên kết với nhau, dù chúng cách xa nhau đến mức nào, có thể lên đến nhiều năm ánh sáng. Ví dụ, ta có thể tạo ra hai vật thể sao cho nếu spin của vật thứ nhất quay xuống dưới, thì spin của vật thứ hai sẽ quay lên trên, hoặc ngược lại, mặc dù cơ học lượng tử không thể tiên đoán kết quả đo của vật thứ nhất. Điều này có nghĩa là phép đo trên một vật thể sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái lượng tử của vật thể còn lại liên kết với nó.

Rối lượng tử là một hiện tượng được ứng dụng trong các công nghệ như tính toán lượng tử, mật mã lượng tử, và viễn tải lượng tử. Hiện tượng này, đã được chứng minh qua thực nghiệm, cũng dẫn đến sự thay đổi trong nhận thức rằng thông tin về một vật thể chỉ có thể được thay đổi thông qua tương tác với các vật thể gần kề.

Ví dụ minh họa

Ví dụ: Nếu có hai photon với tổng spin bằng 0, khi photon đầu tiên quay theo chiều kim đồng hồ thì photon thứ hai sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ, sao cho tổng spin của cả hai bằng 0, bất chấp khoảng cách giữa chúng hoặc bất kỳ trường hợp nào khác mà không cần tác động của lực bên ngoài. Hiện tượng này vi phạm các quy tắc vật lý thông thường và được xem như một phương thức liên lạc của tương lai, với tốc độ gần như ngay lập tức, bất kể không-thời-gian, thay thế các phương thức truyền tín hiệu hiện tại của con người, như sóng vô tuyến có tốc độ ánh sáng, và không thể sử dụng trong nhiều trường hợp đặc biệt.

Rối lượng tử thường được minh họa bằng hai photon có sự liên kết chặt chẽ, trong đó trạng thái của photon này ảnh hưởng ngay lập tức đến trạng thái của photon kia. Khi đo được trạng thái của một photon, trạng thái của photon liên kết với nó sẽ được xác định ngay lập tức. Điều này có nghĩa là nếu một photon được đặt trong một trạng thái cụ thể, photon còn lại cũng sẽ ngay lập tức ở trạng thái tương ứng.

Sự liên kết trạng thái giữa hai photon cho thấy chúng có một mối quan hệ tương tác, tuy nhiên, tương tác này không phải là một trong bốn tương tác cơ bản như thường biết; mà là một kết quả của các định luật cơ học lượng tử.

Ứng dụng

Viễn tải lượng tử

Rối lượng tử được ứng dụng trong công nghệ viễn tải lượng tử, dùng để truyền tải thông tin và vật chất. Trong kỹ thuật này, hai vật thể được tạo ra ở khoảng cách xa và có sự liên kết lượng tử với nhau. Khi trạng thái lượng tử của vật thể đầu tiên được cố định qua phép đo, thông tin về trạng thái này được truyền đến vật thể thứ hai. Phương pháp này không cho phép di chuyển thông tin kèm theo vật chất nhanh hơn tốc độ ánh sáng.