Nobel Vật lý 2022: Đưa cơ học lượng tử sang trang

Tiếp bước nhau, 3 nhà vật lý được vinh danh bằng Giải Nobel Vật lý 2022 đã chứng minh những tiềm năng ngoài dự đoán của cơ học lượng tử, phá vỡ ranh giới của bất đẳng thức Bell lâu đời

05/10/2022 11:07

Ba nhà vật lý lượng tử được Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ngày 4-10 vinh danh bằng Giải Nobel Vật lý năm 2022 gồm: nhà vật lý người Pháp Alain Aspect thuộc Trường ĐH Paris - Saclay và Trường Bách khoa Paris (École Polytechnique); nhà vật lý lý thuyết thực nghiệm người Mỹ John F. Clauser đến từ Công ty J.F. Clauser & Associate và nhà vật lý lượng tử người Áo Anton Zeilinger của Trường ĐH Vienna.

Họ được xướng tên vì 'những thí nghiệm với các photon vướng mắc đã chứng minh sự vi phạm bất đẳng thức Bell và mở đường cho khoa học thông tin lượng tử'.

Trong bài giới thiệu trên trang The Nobel Prize, 3 nhà vật lý trên đã có những thí nghiệm đột phá về trạng thái vướng mắc lượng tử, nơi 2 hoặc nhiều hạt hoạt động như đơn vị duy nhất ngay cả khi chúng tách rời nhau.

Vướng mắc lượng tử - còn gọi là 'liên đới lượng tử', 'rối lượng tử' - là cách các hạt dù xa nhau đến mấy, thậm chí cách nhiều năm ánh sáng, vẫn có thể tạo ra một trạng thái kết nối vô hình. Tận dụng nó, loài người có thể tạo nên những 'siêu xa lộ' trong các lĩnh vực nghiên cứu rộng lớn, bao gồm: máy tính lượng tử, mạng lượng tử và truyền thông được mã hóa lượng tử an toàn.

Khoảnh khắc vinh danh 3 nhà khoa học là chủ nhân Giải Nobel Vật lý 2022Ảnh: REUTERS

Điểm đột phá trong những thí nghiệm mà 3 chủ nhân Giải Nobel Vật lý 2022 đạt được là chứng minh tiềm năng của cơ học lượng tử dựa trên sự vướng mắc lượng tử đã vượt qua những giới hạn của bất đẳng thức Bell - vốn được đưa ra bởi nhà vật lý lượng tử lừng danh John Stewart Bell từ những năm 1960.

Trong thời gian dài, một câu hỏi được khoa học đặt ra: Liệu mối tương quan giữa các hạt trong một cặp vướng mắc có được là nhờ chúng chứa các biến ẩn? Nếu thực sự như vậy, mối tương quan giữa các kết quả của một số lượng lớn các phép đo sẽ không bao giờ vượt quá một giá trị nhất định - bất đẳng thức mang tên John Stewart Bell khẳng định.

Nhà vật lý John F. Clauser đã phát triển các ý tưởng của Bell, dẫn đến một thử nghiệm thực tế. Các phép đo mà ông thực hiện đã vi phạm rõ ràng bất đẳng thức Bell. Điều này có nghĩa là cơ học lượng tử không thể bị thay thế bởi một lý thuyết sử dụng các biến ẩn. Một số sơ hở vẫn còn sau thử nghiệm của ông Clauser.

Một cách độc lập, nhà vật lý Alain Aspect đã đóng một lỗ hổng quan trọng bằng cách chuyển đổi cài đặt đo lường sau khi một cặp vướng mắc rời khỏi nguồn, vì vậy cài đặt tồn tại khi chúng được phát ra không thể ảnh hưởng đến kết quả.

Trong khi đó, sử dụng các công cụ tinh chỉnh và hàng loạt thí nghiệm kéo dài, nhà vật lý Anton Zeilinger bắt đầu sử dụng các trạng thái lượng tử vướng mắc và cùng cộng sự chứng minh một hiện tượng gọi là dịch chuyển lượng tử. Hiện tượng này có thể di chuyển trạng thái lượng tử từ hạt này sang hạt khác ở một khoảng cách xa.

Ba nhà khoa học vừa được vinh danh sẽ chia nhau Giải thưởng Nobel Vật lý 2022 trị giá 10 triệu kronor (khoảng 900.000 USD). Họ sẽ được trao cùng bằng chứng nhận và huy chương vào ngày 10-12 - ngày mất của nhà sáng lập giải thưởng Alfred Nobel.