Chưa hoàn hảo hoàn toàn, nhưng đã nắm bắt được bản chất của sự vướng víu lượng tử. Về cốt lõi, sự vướng víu lượng tử đề cập đến hiện tượng hai hoặc nhiều hạt trở nên liên kết chặt chẽ với nhau theo cách mà các thuộc tính của chúng trở nên tương quan với nhau, bất kể khoảng cách không gian giữa chúng. Điều này có nghĩa là trạng thái của một hạt ngay lập tức ảnh hưởng đến trạng thái của hạt khác, ngay cả khi chúng cách nhau nhiều năm ánh sáng.
Sự vướng víu lượng tử nghe có vẻ giống như một điều gì đó trong khoa học viễn tưởng, nhưng đó là một hiện tượng rất thực tế đã được quan sát thấy trong các thí nghiệm. Nó thách thức hiểu biết thông thường của chúng ta về cách thế giới vận hành và đi sâu vào lĩnh vực kỳ lạ và kỳ diệu của vật lý lượng tử, nơi các hạt có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc và ảnh hưởng lẫn nhau theo những cách thách thức trực giác hàng ngày của chúng ta.
Kết nối tức thời này dường như thách thức giới hạn tốc độ cơ bản của việc truyền thông tin do thuyết tương đối của Einstein đặt ra. Thật vậy, khái niệm về sự vướng víu đã bị thách thức nổi tiếng bởi Albert Einstein, Boris Podolsky và Nathan Rosen trong một bài báo năm 1935 được gọi là nghịch lý EPR. Họ đề xuất rằng sự vướng víu là một mô tả không đầy đủ về thực tại vật lý, khẳng định rằng cơ học lượng tử phải thiếu các biến ẩn xác định các tính chất của hạt một cách độc lập.
Tuy nhiên, các thí nghiệm tiếp theo, đặc biệt là các thử nghiệm Bell, đã chứng minh rằng nghịch lý EPR không thể giải quyết được bằng các biến ẩn cổ điển. Kết quả của những thí nghiệm này phù hợp với các dự đoán lượng tử, làm nổi bật bản chất phi cục bộ của sự vướng víu.
Hình ba chiều: Một chiều hướng mới của hiểu biết lượng tử
Như bạn có thể tưởng tượng, việc xác định hàm sóng của một hệ lượng tử không phải là nhiệm vụ tầm thường. Quá trình này, được gọi là chụp cắt lớp lượng tử, thường bao gồm các phép đo cồng kềnh giới thiệu "chiều", số lượng các thuộc tính hoặc đặc điểm riêng biệt mà một hệ thống lượng tử có thể sở hữu và được đo lường.
Trong cơ học lượng tử, mỗi chiều đại diện cho một thuộc tính riêng biệt có thể đo được, chẳng hạn như vị trí, động lượng, spin, v.v. Khi xử lý 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 không gian nhiều chiều, trong đó các chiều tương ứng với các tính chất khác nhau của các hạt vướng víu.
Các thí nghiệm trước đây liên quan đến chụp cắt lớp lượng tử đo trạng thái lượng tử chiều cao của hai photon vướng víu có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày. Quá trình này không chỉ mất nhiều thời gian mà chất lượng của kết quả còn đáng nghi ngờ, đặc biệt là đối với các hệ thống ngày càng phức tạp. Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng tái tạo lại một vật thể có chiều cao từ bóng của nó đổ trên các bức tường khác nhau. Đó là thách thức mà các nhà khoa học lượng tử phải đối mặt khi giải quyết vấn đề chụp cắt lớp lượng tử.
Nhưng nếu thay vì chỉ có bóng, chúng ta có hình ba chiều thì sao? Trong quang học cổ điển, hình ba chiều kỹ thuật số tạo ra hình ảnh ba chiều bằng cách sử dụng một giao thoa kế duy nhất — kết quả của sự giao thoa ánh sáng. Nhóm các nhà nghiên cứu do Ebrahim Karimi từ Đại học Ottawa đứng đầu đã mở rộng khái niệm này sang lĩnh vực các photon vướng víu.
Để khám phá những bí mật lượng tử, các nhà nghiên cứu đã đặt chồng lên các photon vướng víu với một trạng thái lượng tử đã biết. Họ quan sát khi các photon đến đồng thời, tạo ra cái gọi là "hình ảnh trùng hợp" ngoạn mục. Nó giống như chụp hai vũ công đồng bộ hoàn hảo, bị đóng băng trong thời gian.
Khám phá quan trọng này được thực hiện nhờ một máy ảnh tiên tiến với độ chính xác nano giây. Máy ảnh này đã chụp được sự xuất hiện đồng bộ của các photon, cho thấy một mô hình giao thoa phức tạp. Mô hình này, giống như một vũ đạo đầy mê hoặc, nắm giữ chìa khóa để tái tạo lại hàm sóng khó nắm bắt.
Sự vướng víu lượng tử nghe có vẻ giống như một khái niệm trừu tượng, nhưng nó có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc. Các nhà nghiên cứu đã khai thác sự vướng víu cho mật mã lượng tử, một phương pháp giao tiếp an toàn dựa trên các nguyên tắc của cơ học lượng tử. Công nghệ này cho phép truyền các khóa mật mã vốn đã an toàn, vì mọi nỗ lực nghe lén sẽ phá vỡ sự vướng víu và có thể bị phát hiện.
Sự vướng víu cũng đóng một vai trò then chốt trong điện toán lượng tử, một lĩnh vực hứa hẹn giải quyết các vấn đề phức tạp vượt quá khả năng của máy tính cổ điển. Các bit lượng tử (qubit), có thể ở trạng thái vướng víu, cho phép tính toán nhanh hơn theo cấp số nhân do khả năng tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái.
Như vậy, những phát hiện này bổ sung thêm một hiểu biết mới về các hàm sóng lượng tử có thể làm cho máy tính lượng tử và các ứng dụng khác ổn định hơn. Phương pháp này cũng có thể dẫn đến sự phát triển các kỹ thuật hình ảnh lượng tử mới.
