Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà vật lý đã chụp được một tấm ảnh chứng minh cho sự tồn tại của vướng lượng tử - một trong những hiện tượng nổi tiếng và kỳ thú nhất xảy ra ở thế giới siêu nhỏ.
Đó là thứ mà Albert Einstein trước đây từng gọi là "Spooky action at a distance" tạm dịch là "tác động ma quái từ xa". Có thể hiểu một cách đơn giản rằng, phương thức này cho phép hai đối tượng ở khoảng cách bất kỳ có thể tương tác và ảnh hưởng lập tức tới nhau.
Dù chúng cách nhau chỉ vài mét hay vài năm ánh sáng, các tương tác cũng xảy ra ngay lập tức. Quả là phản trực giác ở thế giới cơ học cổ điển. Nhưng rồi chúng ta cũng sẽ phải gật đầu khi xem và đọc lời giải thích về tấm ảnh chụp bởi các nhà vật lý đến từ Đại học Glasgow, Scotland này.
Nó là bằng chứng tiếp theo cho thấy vướng lượng tử và tác động ma quái có thật. Những hiện tượng này có thể trở thành nền tảng cho nhiều công nghệ mới, bao gồm máy tính lượng tử, viễn thông và internet lượng tử...
Bức ảnh đầu tiên chụp được hiện tượng vướng lượng tử, thứ mà Einstein gọi là "tác động ma quái"
Vướng lượng tử xảy ra khi hai hạt ở khoảng cách bất kỳ vẫn có những liên hệ chặt chẽ với nhau. Điều gì xảy ra với một hạt này ở đây, ngay lập tức ảnh hưởng đến hạt kia dù khoảng cách của chúng có thể lên tới hàng năm ánh sáng, thậm chí phía bên kia hố đen.
Eisntein đã gọi sự ảnh hưởng này là "tác động ma quái". Ông không tin vào lý thuyết đó, từ chối quan điểm cho rằng vũ trụ có thể hành xử một cách kỳ lạ và ngẫu nhiên như vậy. "Chúa không chơi trò xúc xắc", đó là câu nói của Eisntein khiến vướng lượng tử trở nên nổi tiếng, thách thức các nhà khoa học khác đi tìm bằng chứng cho sự tồn tại của nó và "tác động ma quái".
Nhận lời thách đố, hàng loạt nhà khoa học đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu để xóa bỏ hoài nghi của Einstein. Năm 1964, nhà vật lý người Bắc Ireland John Stewart Bell đã phát biểu định lý Bell mang tên ông, chỉ ra sự khác biệt giữa thế giới lượng tử và cơ học cổ điển nằm ở vướng lượng tử.
Liệu tác động ma quái có thật hay không?
Đến năm 1982, một nhóm các nhà vật lý đã có thể chứng minh "tác động ma quái" bằng toán học. Năm 2015, một thử nghiệm đầu tiên đã khẳng định sự tồn tại của vướng lượng tử.
Và năm nay, một bức ảnh chụp những gì xảy ra giữa hai photon vướng lượng tử tiếp tục chứng minh rằng chúng có thể tương tác và chia sẻ trạng thái vật lý với nhau trong khoảnh khắc.
Paul-Antoine Moreau, tác giả đứng đầu nghiên cứu, nói với BBC rằng hình ảnh này là "một minh chứng tao nhã cho một thuộc tính cơ bản của tự nhiên".
Để chụp được bức ảnh đáng kinh ngạc này, Moreau và một nhóm các nhà vật lý đã tạo ra một hệ thống thổi ra các luồng photon vướng với nhau vào cái mà họ mô tả là 'vật thể không thông thường'.
Kết quả, họ đã chụp được 4 hình ảnh của các photon dưới 4 lần chuyển pha khác nhau. Bạn có thể xem hình ảnh đầy đủ bên dưới:
Hình ảnh các photon vướng lượng tử với nhau
Hình ảnh cuối cùng bạn thấy là xếp chồng của nhiều ảnh chụp 4 photon khi chúng trải qua một loạt các trạng thái chuyển pha. Các nhà vật lý tách các cặp photon vướng lượng tử ra khỏi nhau và phóng một trong hai chùm xuyên qua vật liệu tinh thể lỏng β-barium borat, kích hoạt bốn pha chuyển tiếp.
Trong quá trình này, họ đã chụp được những bức ảnh của photon không đi qua vật liệu tinh thể, cho thấy khi bị vướng vào các photon còn lại, các photon này cũng trải qua các chuyển tiếp cùng pha.
Dưới đây là mô tả về cách bố trí của thí nghiệm: Chùm sáng chứa các photon vướng với nhau được phóng ra từ góc dưới bên trái. Sau khi đi qua một gương phản xạ bán phần, một nửa photon sẽ rẽ rang bên trái, đi qua 4 bộ lọc pha. Các photon còn lại trong cặp vướng lượng tự truyền qua gương, đi thẳng tới cảm biến mà không qua bộ lọc.
Điều đặc biệt là hình ảnh được máy ảnh chụp trong cùng khoảnh khắc cho thấy tất cả các photon ở cả hai hướng đều trải qua các thay đổi cùng pha. Nói cách khác, chúng đã bị vướng lượng tử.
Bố trí thí nghiệm
Trở lại với định lý Bell mô tả sự khác biệt giữa thế giới lượng tử và cơ học cổ điển, có một bất đẳng thức trong đó mà nếu bạn phá vỡ được nó, bạn sẽ ghi nhận được vướng lượng tử.
"Ở đây, chúng tôi báo cáo một thí nghiệm chứng minh sự vi phạm bất bình đẳng Bell trong các hình ảnh quan sát được", nhóm nghiên cứu viết trên tạp chí Science Advances. "Kết quả này sẽ mở đường cho những kế hoạch chụp ảnh thế giới lượng tử mới ... và là một lời hứa cho các kế hoạch phát triển thông tin lượng tử dựa trên các biến không gian".
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances .
Tham khảo Sciencealert