Sử dụng phương pháp mới, các nhà khoa học đã lần đầu tiên chụp ảnh được hiện tượng vướng víu lượng tử của hai hạt photon ánh sáng trong thời gian thực. Hình ảnh cho thấy hiện tượng này thể hiện tương tự nguyên lý cân bằng Âm - Dương của Đạo gia.
Phương pháp mới, được gọi là chụp ảnh ba chiều kỹ thuật số biphoton (biphoton digital holography), sử dụng máy ảnh có độ chính xác cực cao, có thể tăng tốc độ các phép đo lượng tử lên rất nhiều lần, có thể được sử dụng để thiết kế các máy tính lượng tử siêu nhanh. Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ vào ngày 14 tháng 8 trên tạp chí Nature Photonics.
Sự vướng víu lượng tử hay còn gọi là Rối lượng tử - mối liên hệ kỳ lạ giữa hai hạt cách xa nhau mà Albert Einstein gọi là "tác động ma quái ở khoảng cách xa" - cho phép hai hạt ánh sáng, hay photon, trở nên liên kết chặt chẽ với nhau, theo đó sự thay đổi của một hạt sẽ ngay lập tức gây ra sự thay đổi tức thời ở hạt kia, bất kể chúng cách xa nhau bao nhiêu hoặc như thế nào.
Để đưa ra dự đoán chính xác về một hạt lượng tử, các nhà vật lý cần tìm ra được hàm sóng của nó: sự mô tả trạng thái tồn tại trong sự chồng chất của tất cả các giá trị vật lý mà một photon có thể bị ảnh hưởng. Chính xác hơn, hàm sóng cho phép các nhà khoa học dự đoán kết quả của các phép đo đạc tính lượng tử của hạt, ví dụ như vị trí hay vận tốc.
Sự vướng víu lượng tử làm cho việc tìm ra hàm sóng của hai hạt liên kết với nhau là một thách thức, bởi vì khi thực hiện bất kỳ phép đo nào đối với hạt này cũng gây ra sự thay đổi tức thời ở hạt kia.
-
- Ảnh (trái sang phải): Tiến sĩ Alessio D'Errico, Tiến sĩ Ebrahim Karimi và Nazanin Dehghan (Nguồn ảnh: Đại học Ottowa)
Các nhà vật lý thường nghiên cứu hoạt động của các hạt lượng tử (photon) thông qua một phương pháp gọi là chụp cắt lớp lượng tử (quantum tomography). Bằng cách chọn một trạng thái lượng tử phức tạp và hướng máy quan sát lên nó, họ đo được một số tính chất thuộc về trạng thái đó; chẳng hạn như độ phân cực hoặc động lượng của nó, một cách tách biệt với các tính chất khác. Như vậy cơ bản sẽ yêu cầu một lượng lớn các phép đo, số lượng tăng tỷ lệ thuận với độ phức tạp của hệ thống.
Quá trình này cung cấp tất cả thông tin chính xác, nhưng nó cũng đòi hỏi nhiều phép đo và tạo ra nhiều trạng thái "không được phép", không tuân theo các định luật vật lý. Điều này khiến các nhà khoa học phải thực hiện một nhiệm vụ nặng nề là loại bỏ các trạng thái vô nghĩa, phi vật lý một cách tỉ mỉ, một nỗ lực có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí vài ngày tùy thuộc vào độ phức tạp của hệ thống.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh ba chiều để mã hóa thông tin từ các chiều cao hơn thành các khối chiều thấp hơn, có thể quản lý được.
Hình ba chiều quang học sử dụng hai chùm ánh sáng để tạo ra hình ảnh 3D: một chùm chiếu vào vật thể và bật ra khỏi nó, trong khi chùm tia kia chiếu vào phương tiện ghi hình. Hình ba chiều hình thành từ mô hình giao thoa ánh sáng, hoặc mô hình trong đó các đỉnh và đáy của hai sóng ánh sáng cộng lại hoặc triệt tiêu lẫn nhau.
Các nhà vật lý đã sử dụng một phương pháp tương tự để chụp ảnh trạng thái photon vướng víu thông qua mô hình giao thoa mà họ tạo ra với một trạng thái đã biết khác.
Sau đó, bằng cách chụp lại hình ảnh thu được bằng máy ảnh có độ chính xác nano giây, các nhà nghiên cứu đã phân tách mô hình giao thoa mà họ nhận được – để lộ ra hình ảnh tuyệt đẹp của hai photon vướng víu lượng tử, tương tự như sự biểu thị cân bằng Âm - Dương trong Thái cực của Đạo gia.
Đồng tác giả nghiên cứu Alessio D'Errico, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Ottawa ở Canada, cho biết: “Phương pháp này ghi lại các hình ảnh nhanh hơn theo cấp số nhân so với các kỹ thuật trước đây, chỉ cần vài phút hoặc giây thay vì vài ngày”.
Nghiên cứu mới có thể đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu công nghệ lượng tử, cải thiện khả năng xác định bản chất của trạng thái lượng tử, của các hệ thống liên lạc lượng tử. Nhưng quan trọng là liệu trạng thái lượng tử có phải đã được Đạo gia phát hiện ra từ lâu với nguyên lý cân bằng Âm - Dương không?
Theo Live Science
