Khi chúng ta nhắc đến cơ học cổ điển và cơ học lượng tử, có vẻ như hai lĩnh vực này không thật sự hòa hợp, đặc biệt khi khám phá thế giới vi mô. Một trong những khía cạnh thú vị của cơ học lượng tử là hiện tượng rối lượng tử, tức là trạng thái của một hạt có thể được xác định bằng cách kiểm tra trạng thái của hạt đối tác rối của nó, bất chấp khoảng cách giữa chúng. Thực tế kỳ lạ này thực sự đi ngược lại với các nguyên lý của vật lý cổ điển, đến mức mà nhà vật lý nổi tiếng Albert Einstein đã từng gọi hiện tượng này là “hành động kỳ quái từ xa”.
Hiện tượng này được biết đến với tên gọi “phi địa phương lượng tử”, diễn tả cách mà các đối tượng ảnh hưởng lẫn nhau qua một khoảng cách lớn, dường như vượt qua tốc độ ánh sáng. Trong khi đó, vật lý cổ điển lại tuân theo lý thuyết địa phương, cho rằng các đối tượng chỉ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh ngay lập tức. Ranh giới giữa hai lĩnh vực này được thể hiện rõ qua định lý nổi tiếng không thể đạt được, được gọi là nghịch lý Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ). Nghịch lý này cho thấy rằng lý thuyết lượng tử không thể được mô tả bằng cách tiếp cận địa phương.
Nghịch lý GHZ, được đặt theo tên của các nhà vật lý phát hiện ra nó vào năm 1989, cho thấy rằng khi các hạt chỉ có thể bị ảnh hưởng bởi sự gần gũi, chúng sẽ tạo ra những mâu thuẫn toán học. Như trang New Scientist đã đề cập, nghịch lý này thậm chí có thể được diễn đạt qua một phép toán mà trong đó 1 lại bằng -1. Nghịch lý này rất hữu ích trong việc chỉ ra rằng các thuộc tính lượng tử không thể được mô tả bằng phương pháp cổ điển. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science Advances đã quyết định khám phá xem những nghịch lý này có thể kỳ quái đến mức nào.
Một nhóm nhà khoa học quốc tế đã muốn xem các hạt ánh sáng phi cổ điển có thể kỳ lạ đến đâu. Kết quả thu được thậm chí có thể còn kỳ lạ hơn những gì mà các tác giả đã dự đoán ban đầu. Thí nghiệm này đã tạo ra các photon, hay còn gọi là các hạt ánh sáng, tồn tại trong 37 chiều không gian. Cũng giống như bạn và tôi tồn tại trong ba chiều cùng với một chiều thời gian, các photon này cần tới 37 điểm tham chiếu tương tự.
Zhenghao Liu, một trong những tác giả của nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, cho biết: “Thí nghiệm này cho thấy vật lý lượng tử phi cổ điển hơn nhiều so với những gì chúng ta từng nghĩ. Có thể, dù đã 100 năm trôi qua kể từ lúc phát hiện ra nó, chúng ta vẫn chỉ thấy được phần nổi của tảng băng chìm”.
Việc thực hiện thí nghiệm này không hề đơn giản, vì Liu và nhóm của mình đã phải đưa một phiên bản của nghịch lý GHZ vào ánh sáng đồng bộ—bao gồm cả màu sắc và bước sóng—để có thể dễ dàng điều khiển các photon. Điều này đã dẫn đến việc tạo ra những hiệu ứng “phi cổ điển trong thế giới lượng tử” mạnh mẽ nhất từng được thực hiện.
Các tác giả cho biết: “Chúng tôi tin rằng công trình này đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu trong tương lai. Chúng tôi hy vọng những phát hiện này có thể được sử dụng để xây dựng những lợi thế lượng tử mạnh mẽ hơn trong các hệ thống có nhiều chiều”.
Tóm lại, nếu chúng ta chỉ mới khám phá được phần nổi của tảng băng, thì hãy tưởng tượng xem những đột phá trong thế giới lượng tử đang ẩn sâu bên dưới bề mặt sẽ kỳ thú đến mức nào!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65104608/light-37-dimensions-quantum-mechanics/
Hiện tượng này được biết đến với tên gọi “phi địa phương lượng tử”, diễn tả cách mà các đối tượng ảnh hưởng lẫn nhau qua một khoảng cách lớn, dường như vượt qua tốc độ ánh sáng. Trong khi đó, vật lý cổ điển lại tuân theo lý thuyết địa phương, cho rằng các đối tượng chỉ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh ngay lập tức. Ranh giới giữa hai lĩnh vực này được thể hiện rõ qua định lý nổi tiếng không thể đạt được, được gọi là nghịch lý Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ). Nghịch lý này cho thấy rằng lý thuyết lượng tử không thể được mô tả bằng cách tiếp cận địa phương.
Nghịch lý GHZ, được đặt theo tên của các nhà vật lý phát hiện ra nó vào năm 1989, cho thấy rằng khi các hạt chỉ có thể bị ảnh hưởng bởi sự gần gũi, chúng sẽ tạo ra những mâu thuẫn toán học. Như trang New Scientist đã đề cập, nghịch lý này thậm chí có thể được diễn đạt qua một phép toán mà trong đó 1 lại bằng -1. Nghịch lý này rất hữu ích trong việc chỉ ra rằng các thuộc tính lượng tử không thể được mô tả bằng phương pháp cổ điển. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science Advances đã quyết định khám phá xem những nghịch lý này có thể kỳ quái đến mức nào.
Một nhóm nhà khoa học quốc tế đã muốn xem các hạt ánh sáng phi cổ điển có thể kỳ lạ đến đâu. Kết quả thu được thậm chí có thể còn kỳ lạ hơn những gì mà các tác giả đã dự đoán ban đầu. Thí nghiệm này đã tạo ra các photon, hay còn gọi là các hạt ánh sáng, tồn tại trong 37 chiều không gian. Cũng giống như bạn và tôi tồn tại trong ba chiều cùng với một chiều thời gian, các photon này cần tới 37 điểm tham chiếu tương tự.
Zhenghao Liu, một trong những tác giả của nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, cho biết: “Thí nghiệm này cho thấy vật lý lượng tử phi cổ điển hơn nhiều so với những gì chúng ta từng nghĩ. Có thể, dù đã 100 năm trôi qua kể từ lúc phát hiện ra nó, chúng ta vẫn chỉ thấy được phần nổi của tảng băng chìm”.
Việc thực hiện thí nghiệm này không hề đơn giản, vì Liu và nhóm của mình đã phải đưa một phiên bản của nghịch lý GHZ vào ánh sáng đồng bộ—bao gồm cả màu sắc và bước sóng—để có thể dễ dàng điều khiển các photon. Điều này đã dẫn đến việc tạo ra những hiệu ứng “phi cổ điển trong thế giới lượng tử” mạnh mẽ nhất từng được thực hiện.
Các tác giả cho biết: “Chúng tôi tin rằng công trình này đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu trong tương lai. Chúng tôi hy vọng những phát hiện này có thể được sử dụng để xây dựng những lợi thế lượng tử mạnh mẽ hơn trong các hệ thống có nhiều chiều”.
Tóm lại, nếu chúng ta chỉ mới khám phá được phần nổi của tảng băng, thì hãy tưởng tượng xem những đột phá trong thế giới lượng tử đang ẩn sâu bên dưới bề mặt sẽ kỳ thú đến mức nào!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65104608/light-37-dimensions-quantum-mechanics/
