Khi bạn khám phá thế giới của cơ học lượng tử, bạn sẽ nhận ra rằng cơ học cổ điển và cơ học lượng tử thực sự không hòa hợp với nhau. Mỗi khi chúng ta nói đến các hiện tượng siêu nhỏ, mọi thứ trở nên hết sức kỳ quái. Một ví dụ thú vị chính là hiện tượng “rối lượng tử”. Nó cho thấy rằng trạng thái của một hạt có thể được xác định thông qua trạng thái của cặp hạt liên kết với nó, bất chấp khoảng cách. Điều này thật sự đi ngược lại với những gì mà cơ học cổ điển đã mô tả, và Albert Einstein thậm chí đã gọi hiện tượng này là “hành động kỳ quái từ xa”.
Khái niệm này được gọi là “tính không địa phương trong lượng tử”, nơi mà các vật thể có thể bị ảnh hưởng ở khoảng cách xa (có vẻ như nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng), trong khi đó cơ học cổ điển lại tuân theo lý thuyết địa phương, tức là các vật thể chỉ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh ngay lập tức của chúng. Sự phân chia này rất rõ ràng và được giải thích một cách nổi tiếng trong định lý không thể - được gọi là nghịch lý Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ). Nghịch lý này chỉ ra rằng lý thuyết lượng tử không thể được mô tả bằng một mô tả thực tế địa phương.
Về tên gọi, GHZ được đặt theo tên các nhà vật lý đã mô tả nghịch lý này vào năm 1989. Các nghịch lý kiểu GHZ cho thấy rằng khi các hạt chỉ bị ảnh hưởng bởi khoảng cách gần, chúng sẽ tạo ra những điều không thể xảy ra về mặt toán học. Một tạp chí nổi tiếng có tên New Scientist đã đưa tin rằng nghịch lý này thậm chí có thể được biểu diễn qua một phép tính mà trong đó 1 lại bằng -1. Điều này cho thấy rằng các thuộc tính lượng tử không thể được mô tả bằng những phương pháp cổ điển. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Science Advances đã quyết định kiểm tra xem những nghịch lý này có thể kỳ lạ đến mức nào.
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã muốn xem các hạt ánh sáng không cổ điển có thể đạt đến mức độ nào, và kết quả thu được có thể còn kỳ lạ hơn cả những gì họ đã dự đoán. Trong thí nghiệm hết sức phức tạp này, họ đã sản xuất ra các photon - những hạt ánh sáng - tồn tại trong 37 chiều không gian. Chúng ta chỉ tồn tại trong ba chiều không gian cộng với một chiều thời gian, nhưng những photon này cần đến 37 điểm tham chiếu tương tự.
Zhenghao Liu, một đồng tác giả nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, cho biết: “Thí nghiệm này cho thấy rằng vật lý lượng tử phi cổ điển hơn nhiều so với những gì mà nhiều người trong chúng ta nghĩ.” Ông cũng nhấn mạnh rằng “Có thể rằng 100 năm sau khi phát hiện ra nó, chúng ta vẫn chỉ đang thấy phần nổi của tảng băng chìm.”
Để thực hiện thí nghiệm này không phải là điều dễ dàng. Liu và nhóm của ông đã phải đưa một phiên bản của nghịch lý GHZ vào ánh sáng đồng bộ - thậm chí cả về màu sắc và bước sóng - để có thể dễ dàng điều khiển các photon. Kết quả là họ đã tạo ra các “hiệu ứng phi cổ điển nhất trong thế giới lượng tử” từng được biết đến.
Các tác giả cho biết: “Chúng tôi tin rằng công trình này đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu trong tương lai.” Họ hy vọng những phát hiện này có thể được dùng để xây dựng những lợi thế lượng tử mạnh mẽ hơn trong các hệ thống nhiều chiều.
Nói cách khác, nếu chúng ta chỉ mới phát hiện ra phần nổi của tảng băng, hãy tưởng tượng xem những đột phá lượng tử nào đang ẩn mình dưới bề mặt.
Khái niệm này được gọi là “tính không địa phương trong lượng tử”, nơi mà các vật thể có thể bị ảnh hưởng ở khoảng cách xa (có vẻ như nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng), trong khi đó cơ học cổ điển lại tuân theo lý thuyết địa phương, tức là các vật thể chỉ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh ngay lập tức của chúng. Sự phân chia này rất rõ ràng và được giải thích một cách nổi tiếng trong định lý không thể - được gọi là nghịch lý Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ). Nghịch lý này chỉ ra rằng lý thuyết lượng tử không thể được mô tả bằng một mô tả thực tế địa phương.
Về tên gọi, GHZ được đặt theo tên các nhà vật lý đã mô tả nghịch lý này vào năm 1989. Các nghịch lý kiểu GHZ cho thấy rằng khi các hạt chỉ bị ảnh hưởng bởi khoảng cách gần, chúng sẽ tạo ra những điều không thể xảy ra về mặt toán học. Một tạp chí nổi tiếng có tên New Scientist đã đưa tin rằng nghịch lý này thậm chí có thể được biểu diễn qua một phép tính mà trong đó 1 lại bằng -1. Điều này cho thấy rằng các thuộc tính lượng tử không thể được mô tả bằng những phương pháp cổ điển. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Science Advances đã quyết định kiểm tra xem những nghịch lý này có thể kỳ lạ đến mức nào.
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã muốn xem các hạt ánh sáng không cổ điển có thể đạt đến mức độ nào, và kết quả thu được có thể còn kỳ lạ hơn cả những gì họ đã dự đoán. Trong thí nghiệm hết sức phức tạp này, họ đã sản xuất ra các photon - những hạt ánh sáng - tồn tại trong 37 chiều không gian. Chúng ta chỉ tồn tại trong ba chiều không gian cộng với một chiều thời gian, nhưng những photon này cần đến 37 điểm tham chiếu tương tự.
Zhenghao Liu, một đồng tác giả nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, cho biết: “Thí nghiệm này cho thấy rằng vật lý lượng tử phi cổ điển hơn nhiều so với những gì mà nhiều người trong chúng ta nghĩ.” Ông cũng nhấn mạnh rằng “Có thể rằng 100 năm sau khi phát hiện ra nó, chúng ta vẫn chỉ đang thấy phần nổi của tảng băng chìm.”
Để thực hiện thí nghiệm này không phải là điều dễ dàng. Liu và nhóm của ông đã phải đưa một phiên bản của nghịch lý GHZ vào ánh sáng đồng bộ - thậm chí cả về màu sắc và bước sóng - để có thể dễ dàng điều khiển các photon. Kết quả là họ đã tạo ra các “hiệu ứng phi cổ điển nhất trong thế giới lượng tử” từng được biết đến.
Các tác giả cho biết: “Chúng tôi tin rằng công trình này đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu trong tương lai.” Họ hy vọng những phát hiện này có thể được dùng để xây dựng những lợi thế lượng tử mạnh mẽ hơn trong các hệ thống nhiều chiều.
Nói cách khác, nếu chúng ta chỉ mới phát hiện ra phần nổi của tảng băng, hãy tưởng tượng xem những đột phá lượng tử nào đang ẩn mình dưới bề mặt.
