Tập 7: Từ Hiện tượng đến Bản chất: Giải thích đơn giản về Hiện tượng vướng lượng tử!

#ĐảngBiênGiớiKiếnThức #thiênvăn #Einstein #PhổBiếnKhoaHọcVũTrụ Hiện tượng vướng lượng tử: Một câu đố khoa học vũ trụ và sự khám phá Vướng lượng tử và sự hoài nghi của Einstein Vướng lượng tử đề cập đến hiện tượng mà sau khi hai hạt được tách ra, bất kể chúng cách nhau bao xa (thậm chí 13,8 tỷ năm ánh sáng), khi trạng thái của một hạt thay đổi, hạt kia cũng thay đổi ngay lập tức đồng bộ, mà không cần truyền tín hiệu. Einstein gọi đây là "tác động kỳ lạ từ xa". Giải Nobel Vật lý năm 2022 được trao cho ba nhà khoa học đã xác nhận thực nghiệm sự tồn tại của vướng lượng tử, đưa câu đố vũ trụ này đến với công chúng. Một số nhà khoa học suy đoán rằng bản chất của vướng lượng tử có thể là hai hạt thực chất là cùng một vật thể, giống như hai điểm trên một tờ giấy hai chiều có thể chồng lên nhau sau khi gấp lại, cho thấy rằng vũ trụ có thể là một tờ giấy siêu gấp, và con người trong không gian ba chiều giống như những con kiến ​​không thể nhìn thấy sự thật. Nghịch lý EPR và Lý thuyết Biến số Ẩn Năm 1935, Einstein cùng với Podolski và Rosen đã công bố một bài báo đề xuất nghịch lý EPR, lập luận rằng sự đồng bộ tức thời của hai hạt sau khi tách rời có thể là do sự truyền thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng (vi phạm thuyết tương đối) hoặc một trạng thái được định trước ngay từ đầu (điều này đơn giản là chưa được phát hiện). Einstein tin tưởng chắc chắn vào giả thuyết thứ hai, đề xuất lý thuyết về các biến số ẩn. Ông đã đưa ra một ví dụ tương tự: nếu một đôi găng tay được đặt trong hai hộp riêng biệt, mở một hộp sẽ thấy bàn tay trái, và mở hộp kia chắc chắn sẽ thấy bàn tay phải—kết quả đã được định trước. Bất đẳng thức Bell và Kiểm chứng Thực nghiệm Năm 1964, nhà vật lý John von Bell đã đề xuất bất đẳng thức Bell, thiết lập một ranh giới rõ ràng: nếu Einstein đúng, kết quả thực nghiệm sẽ nằm trong ranh giới này; nếu các hạt lượng tử đúng, kết quả sẽ vượt quá ranh giới này. Năm 1982, một nhóm do nhà vật lý người Pháp Alain Aspert dẫn đầu đã thiết kế một thiết bị đo ngẫu nhiên có khả năng chuyển mạch 1000 lần mỗi giây (tốc độ chuyển mạch vượt xa tốc độ truyền tín hiệu). Kết quả thí nghiệm đã phá vỡ bất đẳng thức Bell, chính thức lật đổ lý thuyết về các biến ẩn của Einstein lần đầu tiên. Năm 2015, một nhóm tại Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan đã tiến hành thử nghiệm Bell không rò rỉ, đặt hai hạt vướng víu trong các tòa nhà cách nhau 1,3 km, cô lập tất cả các kênh tín hiệu và làm cho thời gian đo hoàn toàn ngẫu nhiên. Kết quả một lần nữa phá vỡ bất đẳng thức Bell, với mức độ tin cậy cao tới 99,999999%. Năm 2017, vệ tinh Micius của Trung Quốc đã phóng một cặp photon vướng víu đến hai trạm mặt đất cách nhau 1203 km. Các phép đo cho thấy rằng nếu có sự truyền thông tin, tốc độ sẽ ít nhất gấp mười nghìn lần tốc độ ánh sáng, nhưng không phát hiện thấy môi trường truyền dẫn nào. Ba lời giải thích lý thuyết cho hiện tượng vướng lượng tử: Thứ nhất là tính phi cục bộ: Mặc dù hai hạt vướng lượng tử được tách biệt về không gian, chúng vẫn là một phần của cùng một hệ thống ở cấp độ lượng tử, giống như tai trái và tai phải của một cặp tai nghe. Nhấn một nút sẽ ảnh hưởng đến nút kia đồng thời, và chúng ở trong trạng thái chồng chất của phát và tạm dừng trước khi quan sát, với trạng thái được xác định ngẫu nhiên tại thời điểm quan sát. Thứ hai là cách giải thích đa vũ trụ: Bất cứ khi nào một phép đo lượng tử được thực hiện, vũ trụ sẽ phân tách thành nhiều vũ trụ song song. Các trạng thái khác nhau của các hạt (chẳng hạn như spin lên hoặc spin xuống) được đo trong các vũ trụ khác nhau, và tất cả các khả năng tồn tại đồng thời trong các nhánh vũ trụ khác nhau. Thứ ba là bản thân không gian là một ảo ảnh/được kết nối bởi các lỗ sâu siêu nhỏ: Bản thân không gian có thể là ảo ảnh, khoảng cách là một ảo ảnh, tất cả các hạt được kết nối theo những cách chưa biết, và mỗi cặp hạt vướng lượng tử được kết nối thông qua các lỗ sâu siêu nhỏ. Không gian có thể là một sản phẩm phụ của hiện tượng vướng lượng tử, chứ không phải là một giai đoạn tồn tại trước vật chất. Ứng dụng và Hạn chế của Vướng lượng tử: Mặc dù vướng lượng tử có thể đạt được sự đồng bộ tức thời, nhưng nó không thể được sử dụng cho giao tiếp nhanh hơn tốc độ ánh sáng vì kết quả đo hoàn toàn ngẫu nhiên (mỗi kết quả có xác suất 50% là spin lên hoặc spin xuống). Kết quả đo ở một phía là một số ngẫu nhiên, và chỉ có thể tìm thấy mối tương quan bằng cách so sánh kết quả ở cả hai phía bằng các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, vướng lượng tử có những ứng dụng quan trọng: Năm 2017, vệ tinh Micius đã đạt được khả năng liên lạc an toàn lượng tử liên lục địa đầu tiên trên thế giới; máy tính lượng tử sử dụng trạng thái chồng chất của qubit. Khi nhiều qubit vướng vào nhau, chúng có thể đồng thời khám phá không gian khả năng tăng theo cấp số mũ. Năm 2019, Google tuyên bố rằng bộ xử lý lượng tử của họ đã hoàn thành một nhiệm vụ trong 200 giây, trong khi siêu máy tính truyền thống cần 10.000 năm để thực hiện.