Lần đầu tiên bắt gặp sự vướng mắc của lý thuyết lượng tử

Buzz

Nội dung bài viết

Lý thuyết về lượng tử là gì?

Cách mà con người nghiên cứu về lượng tử

Ý nghĩa của thí nghiệm này là gì?

Xem thêm

Đọc tóm tắt

- Các nhà khoa học ghi lại hình ảnh biểu tượng 'âm.
- dương' trong vũ trụ lượng tử.
- Nghiên cứu về hiện tượng vướng mắc lượng tử và khám phá các thuộc tính giữa hai trạng thái.
- Vướng mắc lượng tử là hiện tượng kết nối sâu sắc giữa các hạt, không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách không gian.
- Các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật chụp 3D hologram để ghi lại trạng thái vướng mắc lượng tử của các photon.
- Ứng dụng của nghiên cứu lượng tử trong mật mã, giao tiếp an toàn và máy tính lượng tử.

Trong quá trình khám phá hiện tượng rối loạn hạt nhỏ trong vũ trụ lượng tử, các nhà khoa học tại Đại học Ottawa và Sapienza, ở Rome, Italy, đã ghi lại được một hình ảnh giống như biểu tượng của sự cân bằng 'âm - dương'.

Bức ảnh được chụp bằng một thiết bị nâng cao với độ chính xác nano giây trong quá trình các photon tương tác với nhau để tìm hiểu đặc tính của chúng. Tóm lại, thành công không chỉ dừng lại ở hình ảnh độc đáo này mà còn là một bước tiến trong việc khai thác tiềm năng lượng tử, hứa hẹn cho sự phát triển mạnh mẽ của máy tính lượng tử trong tương lai.

Dưới đây là một số thông tin chi tiết cho những ai quan tâm. Mình tổng kết lại.

Lý thuyết về lượng tử là gì?

Một cách đơn giản, chúng ta đã từng nghe về khái niệm 'động vật song sinh - hạt' của ánh sáng khi còn nhỏ. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đang khám phá những thuộc tính nằm giữa hai trạng thái đó. Để làm điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp tiên tiến để ghi lại được thuộc tính sóng của các hạt nhỏ ở trạng thái lượng tử phức tạp.

Hiện tượng vướng mắc lượng tử là gì? Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng bạn có một hộp chứa một đôi giày và bạn lấy ra một chiếc giày bên trái.

Ngay lập tức, bạn biết được thông tin về chiếc còn lại, như là: nó sẽ là một chiếc giày bên phải, cùng màu, cùng size,... Dù là hai chiếc giày bên cạnh nhau hay một chiếc trên Trái Đất và một chiếc trên Sao Hỏa, mối liên kết giữa chúng luôn như vậy.

Tính chất của 'mối liên kết' giữa hai đôi giày có thể được hiểu là một ví dụ về 'vướng mắc lượng tử'. Theo định nghĩa khoa học, vướng mắc lượng tử là hiện tượng trong đó, hai hoặc nhiều hạt trở nên kết nối một cách sâu sắc, khiến cho các thuộc tính của chúng tương quan với nhau, bất kể khoảng cách về không gian giữa chúng. Điều này có nghĩa là trạng thái của một hạt sẽ ảnh hưởng ngay lập tức đến thuộc tính của hạt liên quan, dù chúng có cách xa nhau hàng mét hay hàng nghìn năm ánh sáng.

Nghe có vẻ hơi khó tin, nhưng qua nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã chứng minh rằng đó là một hiện tượng thực tế thông qua nhiều thí nghiệm. Càng khám phá, họ càng nhận ra rằng kiến thức thông thường của chúng ta về cách vũ trụ hoạt động có thể được giải thích bằng vật lý lượng tử. Trong thế giới này, các hạt có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc và tương tác với nhau.

Sự liên kết vướng mắc lượng tử này đã vượt xa phạm vi nghiên cứu cơ bản trong thuyết tương đối của Einstein. Trong một báo cáo khoa học vào năm 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky và Nathan Rosen đã đề cập đến hiện tượng vướng mắc lượng tử, được gọi là nghịch lý EPR. Tuy nhiên, họ cho rằng vướng mắc lượng tử là một mô hình không đầy đủ về thực tế vật lý và nhấn mạnh rằng cơ học lượng tử thiếu những biến ẩn để định rõ thuộc tính của các hạt một cách độc lập.

Tuy nhiên, các thí nghiệm sau này, đặc biệt là các thử nghiệm Bell, đã chứng minh rằng nghịch lý EPR không thể giải quyết bằng cách sử dụng các biến ẩn cổ điển. Kết quả của các thí nghiệm này phù hợp với dự đoán lượng tử, làm nổi bật bản chất phi cục bộ thực sự của hiện tượng vướng mắc.

Cách mà con người nghiên cứu về lượng tử

Các nhà khoa học cũng tin rằng đặc tính sóng là một phần quan trọng trong lĩnh vực cơ học lượng tử và có thể sử dụng để khám phá sâu hơn về trạng thái lượng tử của một hạt. Trong ví dụ về sự liên kết giữa hai chiếc giày, 'đặc tính sóng' của chiếc giày sẽ chứa thông tin như kích thước, màu sắc, bên trái hoặc bên phải,... Tương tự trong lĩnh vực khoa học, các nhà nghiên cứu sẽ mô tả hàm sóng của một hạt thông qua thông tin như vị trí, vận tốc, spin và các thuộc tính lượng tử khác.

Tất nhiên, việc nghiên cứu các đặc tính lượng tử của các hạt và biểu diễn chúng dưới dạng hàm sóng không phải là điều đơn giản. Để làm điều này, các nhà khoa học sử dụng một kỹ thuật được gọi là 'chụp cắt lớp lượng tử', trong đó họ thực hiện các phép đo phức tạp để xác định chiều, số lượng và các đặc điểm riêng biệt của hệ lượng tử đó.

Trong lĩnh vực cơ học lượng tử, mỗi chiều sẽ đại diện cho một thuộc tính đặc biệt có thể đo lường được, 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 nhiều chiều, trong đó mỗi chiều sẽ tương ứng với các đặc tính khác nhau của các hạt vướng víu.

Đó là tất cả những điều mà các nhà khoa học quan tâm khi thực hiện 'chụp lượng tử'. Các thí nghiệm chụp trước đây có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí nhiều ngày để thu được kết quả. Nhưng không chỉ là thời gian, kết quả thu được cũng không đáng tin cậy. Để dễ hiểu, bạn có thể so sánh với việc đo chiều cao của một vật chỉ dựa vào bóng của nó trên các bức tường khác nhau.

Ý nghĩa của thí nghiệm này là gì?

Và để nâng cao hiệu quả của thí nghiệm chụp, các nhà khoa học đã áp dụng kỹ thuật chụp 3D hologram thay vì 2D. Lần này, nhóm nghiên cứu sử dụng một thiết bị giao thoa để tạo ra giao thoa ánh sáng, từ đó ghi lại hình ảnh cắt 3D của trạng thái vướng mắc lượng tử của các photon.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì chỉ có bóng tối, chúng ta có hình ba chiều? Trong lĩnh vực quang học cổ điển, ảnh ba chiều kỹ thuật số được tạo ra bằng cách sử dụng một thiết bị giao thoa duy nhất - kết quả của sự giao thoa của ánh sáng. Nhóm các nhà nghiên cứu dưới sự chỉ đạo của Ebrahim Karimi từ Đại học Ottawa đã mở rộng ý tưởng này sang lĩnh vực của các photon vướng mắc.

Trong thí nghiệm, họ chồng các photon vướng mắc mà họ quan tâm lên một photon khác đã được xác định trạng thái lượng tử, sau đó quan sát cùng một lúc chúng va chạm với nhau và kết quả là một bức ảnh hình âm dương như anh em đã thấy ở đầu bài. Nhóm nghiên cứu miêu tả nó giống như việc hai diễn viên đồng phục diễn động một cách hoàn hảo và được chụp lại.

Và để ghi lại khoảnh khắc này, cần có 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 định một cách chính xác mô hình phức tạp của sự giao thoa ánh sáng.

Và kết quả của nghiên cứu không chỉ là để chụp ra hình ảnh giống âm dương cho vui mà thực sự, thí nghiệm đã chứng minh phương pháp chụp hình này hiệu quả hơn trong việc nghiên cứu lượng tử, giúp rút ngắn thời gian thử nghiệm. Điều này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc khám phá thế giới lượng tử của con người.

Về ứng dụng của nó? Hiểu sâu hơn về thế giới lượng tử, các nhà nghiên cứu sẽ tận dụng để áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như mật mã lượng tử, phương pháp giao tiếp an toàn dựa trên tính chất lượng tử. Nếu thành công, đây sẽ là một biện pháp giao tiếp tuyệt đối an toàn, không thể bị phá vỡ hoặc xâm nhập.

Chưa dừng lại ở đó, việc nghiên cứu lượng tử cũng đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực điện toán lượng tử, một lĩnh vực hứa hẹn giải quyết các vấn đề phức tạp mà máy tính cổ điển không thể. 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 với khả năng tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái.

Đại khái thế đó, đau đầu lắm rồi, hehehe.

Tham Khảo Nature, Zmescience

Các câu hỏi thường gặp

Hiện tượng vướng mắc lượng tử là gì và nó có ảnh hưởng như thế nào đến các hạt trong vũ trụ?

Vướng mắc lượng tử là hiện tượng khi hai hạt trở nên kết nối sâu sắc, khiến các thuộc tính của chúng có sự tương quan ngay lập tức, bất kể khoảng cách. Điều này đã được chứng minh qua nhiều thí nghiệm và phản bác các giả thuyết trước đó.

Cách mà các nhà khoa học nghiên cứu lượng tử có gì đặc biệt và những phương pháp nào được áp dụng?

Các nhà khoa học nghiên cứu lượng tử sử dụng phương pháp 'chụp cắt lớp lượng tử' để đo các thuộc tính như vị trí, động lượng, và spin. Họ cũng áp dụng kỹ thuật chụp 3D hologram để ghi lại các trạng thái vướng mắc lượng tử của photon với độ chính xác cao.

Thí nghiệm nào đã chứng minh vướng mắc lượng tử là hiện tượng thực tế và không thể giải thích bằng thuyết cổ điển?

Thí nghiệm Bell và các thí nghiệm sau này đã chứng minh rằng nghịch lý EPR không thể giải thích được bằng các biến ẩn cổ điển, mà chỉ có thể giải thích thông qua cơ học lượng tử.

Máy tính lượng tử có thể mang lại những ứng dụng gì trong tương lai và tại sao lại quan trọng?

Máy tính lượng tử có thể giải quyết các bài toán phức tạp mà máy tính cổ điển không thể, nhờ vào khả năng tính toán nhanh hơn nhờ các qubit ở trạng thái vướng víu. Điều này mở ra cơ hội cho các ứng dụng trong mật mã lượng tử và giao tiếp an toàn.

Bức ảnh 'âm dương' trong nghiên cứu về vũ trụ lượng tử có ý nghĩa gì và nó được tạo ra như thế nào?

Bức ảnh 'âm dương' là hình ảnh đặc biệt ghi lại trạng thái vướng mắc lượng tử của các photon, được tạo ra bằng cách sử dụng một thiết bị giao thoa với độ chính xác nano giây, giúp khám phá và nghiên cứu các hiện tượng lượng tử.

Nội dung từ Mytour nhằm chăm sóc khách hàng và khuyến khích du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không áp dụng cho mục đích khác.

Nếu bài viết sai sót hoặc không phù hợp, vui lòng liên hệ qua email: [email protected]