Bạn có thể đang gõ nhầm “rối lượng tử”.
Rối lượng tử là hiện tượng khi hai hoặc nhiều hạt lượng tử có trạng thái liên kết với nhau, đến mức đo hạt này thì ta biết ngay thông tin tương ứng về hạt kia, dù chúng ở rất xa nhau. Nobel Prize mô tả các hạt “rối” như thể chúng hành xử như một đơn vị chung khi bị tách xa.
Ví dụ dễ hiểu: tưởng tượng có hai đồng xu “kỳ lạ”. Khi chưa nhìn, mỗi đồng xu chưa cố định là sấp hay ngửa. Nhưng nếu hai đồng xu bị rối lượng tử, khi bạn nhìn đồng xu A và thấy “sấp”, thì đồng xu B sẽ có trạng thái liên hệ tương ứng ngay lập tức.
Điểm quan trọng: rối lượng tử không có nghĩa là gửi tin nhắn nhanh hơn ánh sáng. Nó cho thấy các trạng thái lượng tử có mối tương quan rất lạ, nhưng không cho phép truyền thông tin tùy ý tức thời.
Khái niệm này là nền tảng cho máy tính lượng tử, mật mã lượng tử và viễn tải lượng tử; các thí nghiệm về photon rối cũng là lý do Nobel Vật lý 2022 được trao cho Alain Aspect, John Clauser và Anton Zeilinger.
Dưới đây là một số ví dụ về rối lượng tử dễ hiểu hơn:
1. Ví dụ hai hạt electron
Giả sử có hai electron được tạo ra cùng nhau trong một trạng thái rối lượng tử. Khi chưa đo, ta chưa biết chắc spin của từng electron là “lên” hay “xuống”.
Nhưng nếu đo electron A và thấy spin của nó là lên, thì electron B sẽ lập tức có spin xuống theo mối liên hệ lượng tử giữa chúng. Điều đặc biệt là điều này vẫn đúng dù hai electron ở rất xa nhau.
2. Ví dụ hai photon ánh sáng
Photon là hạt ánh sáng. Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể tạo ra hai photon bị rối với nhau.
Nếu đo photon thứ nhất và thấy nó có phân cực theo một hướng nhất định, thì photon thứ hai sẽ cho kết quả có liên hệ tương ứng. Hiện tượng này được dùng trong các thí nghiệm kiểm tra bản chất kỳ lạ của cơ học lượng tử.
3. Ví dụ “đôi găng tay” để dễ hình dung
Tưởng tượng bạn có một đôi găng tay: một chiếc trái và một chiếc phải. Bạn bỏ mỗi chiếc vào một hộp khác nhau rồi gửi hai hộp đi rất xa. Khi mở hộp thứ nhất và thấy đó là găng tay trái, bạn biết ngay hộp kia là găng tay phải.
Tuy nhiên, rối lượng tử còn kỳ lạ hơn ví dụ này. Với găng tay, trạng thái “trái” hoặc “phải” đã có sẵn từ đầu. Còn với hạt lượng tử, trước khi đo, trạng thái của hạt chưa cố định theo cách thông thường.
4. Ví dụ trong viễn tải lượng tử
Rối lượng tử được dùng trong viễn tải lượng tử. Điều này không có nghĩa là dịch chuyển con người hay đồ vật như trong phim, mà là truyền trạng thái lượng tử từ hạt này sang hạt khác.
Ví dụ, trạng thái của một hạt có thể được chuyển sang một hạt khác ở xa nhờ vào cặp hạt rối lượng tử và một kênh thông tin cổ điển.
5. Ví dụ trong bảo mật thông tin
Rối lượng tử có thể được dùng trong mật mã lượng tử. Nếu hai người dùng các hạt rối lượng tử để tạo khóa bảo mật, thì việc có người nghe lén sẽ làm thay đổi trạng thái lượng tử và bị phát hiện.
Nói cách khác, rối lượng tử có thể giúp tạo ra những phương pháp truyền thông tin an toàn hơn.
6. Ví dụ trong máy tính lượng tử
Trong máy tính lượng tử, các qubit có thể bị rối với nhau. Nhờ sự rối lượng tử, nhiều qubit có thể phối hợp theo cách mà bit thông thường trong máy tính cổ điển không làm được.
Điều này giúp máy tính lượng tử có tiềm năng giải quyết một số bài toán rất phức tạp nhanh hơn máy tính truyền thống.
7. Ví dụ hai hạt ở rất xa nhau
Một cặp hạt rối lượng tử có thể được tách ra rất xa, thậm chí đặt ở hai phòng thí nghiệm khác nhau. Khi nhà khoa học đo hạt thứ nhất, kết quả đo của hạt thứ hai vẫn có mối liên hệ rất chặt chẽ.
Điều này từng khiến Einstein gọi hiện tượng này là “tác động ma quái từ xa”, vì nó có vẻ trái với trực giác thông thường.
Đoạn văn mẫu ngắn
Rối lượng tử có thể được hình dung qua ví dụ hai hạt electron được tạo ra cùng nhau. Khi hai hạt này bị rối, trạng thái của chúng liên hệ chặt chẽ với nhau. Nếu ta đo hạt thứ nhất và thấy spin của nó là lên, thì hạt thứ hai sẽ có trạng thái tương ứng là xuống. Điều đặc biệt là mối liên hệ này vẫn tồn tại ngay cả khi hai hạt ở rất xa nhau. Hiện tượng rối lượng tử hiện nay được ứng dụng trong máy tính lượng tử, mật mã lượng tử và viễn tải lượng tử.
