Tin nhanh

Chân dung ba nhà khoa học Alain Aspect, John F. Clauser và Anton Zeilinger được chiếu trên phông nền trong lễ công bố giải Nobel Vật lý 2022 chiều 4-10 theo giờ Việt Nam – Ảnh: Reuters

Năm nay, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã trao giải Nobel vật lý “cho các thí nghiệm với các photon liên quan đến lượng tử, thiết lập vi phạm các bất đẳng thức của Bell và cho các công trình tiên phong trong lĩnh vực vật lý.” khoa học thông tin lượng tử ”.

Giải thưởng được trao cho ba nhà khoa học Alain Aspect (Đại học Paris-Saclay và Bách khoa Palaiseau, Pháp), John F. Clauser (JF Clauser & PGS., Mỹ) và Anton Zeilinger (Đại học Vienna, Áo). .

Ủy ban Nobel Vật lý đánh giá cao công trình nghiên cứu về rối lượng tử của ba nhà khoa học, đồng thời nhận xét lạc quan về một công nghệ mới sắp xuất hiện trong tương lai gần: công nghệ thông tin lượng tử. cái chết.

Đẹp ngẫu nhiên tất nhiên rồi?

Các nhà vật lý thường định nghĩa rối lượng tử bằng cách đưa ra sự tương tự về một cỗ máy ném đồng thời hai quả cầu có màu sắc đối lập nhau theo hướng ngược nhau. Theo đó, khi Bob bắt được một quả bóng và thấy nó có màu đen, anh ta ngay lập tức biết rằng ở đầu dây bên kia Alice đã bắt được một quả bóng màu trắng.

Trong giai đoạn đầu của vật lý lượng tử, các nhà khoa học thường tranh luận xem màu sắc của hai quả bóng đã được xác định trước hay hoàn toàn ngẫu nhiên, cho đến khi một trong những người bắt được chúng quan sát thấy chúng.

Albert Einstein đã nói nổi tiếng “Chúa không tung xúc xắc”, ngụ ý rằng mỗi quả bóng có thông tin màu sắc được xác định trước bởi các biến ẩn, và do đó liên kết thông tin tức thời. ở một khoảng cách xa là không thể.

Einstein coi lý thuyết cơ học lượng tử là không hoàn chỉnh, nhưng thay vào đó, lý thuyết về các biến ẩn cục bộ, trong đó một hạt, với các đặc tính không thể phát hiện được, vẫn ảnh hưởng đến kết quả. của các thí nghiệm, chỉ có thể bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh nó, và các tương tác qua trung gian trường vật chất chỉ có thể xảy ra với tốc độ không lớn hơn tốc độ ánh sáng.

Niels Bohr, một trong những nhà khoa học tiên phong của vật lý lượng tử, đã phản bác một cách hóm hỉnh: “Einstein, đừng dạy Chúa làm gì!”.

Các lý thuyết về sự liên kết trong cơ học lượng tử cho rằng các quả bóng có màu xám, chỉ khi quan sát thấy một quả bóng ngẫu nhiên chuyển sang màu trắng và quả bóng kia màu đen.

Các tính chất lượng tử của một hạt là không chắc chắn vào thời điểm chúng được đo, tuy nhiên, với các hạt liên quan, các phép đo mang lại kết quả tương quan chặt chẽ, ngay cả khi các hạt ở xa nhau. Kết quả không thể đoán trước của một phép đo tức thời ảnh hưởng đến kết quả của phép đo khác, bất kể khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu.

Từ định lý Bell để thử nghiệm

Năm 1964, nhà vật lý lý thuyết John Stewart Bell đã công bố một nghiên cứu chứng minh rằng các quan sát từ hiện tượng rối lượng tử không phù hợp với giả thuyết về các biến ẩn cục bộ, cũng như với giả thuyết về rối lượng tử. nhân quả do Einstein đưa ra. Kết quả của những nghiên cứu này được gọi là định lý Bell.

Năm 1969, tại Đại học Columbia, John Clauser cùng với Michael Horne, Abner Shimony và Richard Holt đã hình thành ý tưởng về một công trình thực nghiệm để kiểm tra định lý Bell, hay CHSH (Clauser – Horne – Shimony – Holt).

Năm 1972, tại Phòng thí nghiệm Quốc gia UC Berkeley và Lawrence Berkeley, Clauser và nghiên cứu sinh tiến sĩ Stuart Freedman là những người đầu tiên thực nghiệm chứng minh rằng hai hạt ở khoảng cách 3m có thể liên quan đến lượng tử.

Clauser tiếp tục thực hiện thêm ba thí nghiệm nữa, xác nhận và mở rộng kết quả của CHSH, bước đầu xác nhận sự tồn tại của rối lượng tử, và bác bỏ giả thuyết về một biến ẩn cục bộ của Einstein.

Vào những năm 1970, thí nghiệm của John Clauser còn nhiều hạn chế về kỹ thuật và phương pháp thí nghiệm khiến độ tin cậy của kết quả không cao, kết quả không loại bỏ hoàn toàn giả thuyết về biến số. ẩn số cục bộ.

Alain Aspect, trong các nghiên cứu độc lập, đề xuất các phương án để tối ưu hóa các thí nghiệm, bao gồm các sơ đồ thí nghiệm được thiết kế để phù hợp với lý thuyết của John Bell.

Aspect sử dụng nguồn photon cường độ cao để rút ngắn thời gian thí nghiệm và duy trì sự ổn định của các phép đo. Các phương pháp thực hiện đã hạn chế ảnh hưởng đến kết quả, đảm bảo mức độ chính xác cao trong việc quan sát các mối tương quan trong phép đo, đồng thời chứng minh rằng các mối tương quan này thực sự là kết quả của các hiệu ứng định lượng. cái chết xảy ra ngay lập tức.

Kết quả thực nghiệm của Aspect đã khẳng định kết quả thực nghiệm CHSH của Clauser và cộng sự, chứng minh thêm một lần nữa tính đúng đắn của định lý Bell.