Bản in

Khoa học

Thứ Năm, 20/6/2019 08:12

“Cứu sống” con mèo của Schrodinger

“Cứu sống” con mèo của Schrodinger

GD&TĐ - Thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng, gọi là “con mèo của Schrodinger”, giúp chúng ta hình dung một trong những đặc điểm của cơ học lượng tử, đó là hành vi không thể đoán trước của các hạt ở mức lượng tử. 

Chính vì vậy, làm việc với các hệ thống lượng tử là đặc biệt khó khăn. Tuy nhiên, nhóm các nhà vật lý đã chứng minh được khả năng dự đoán cái gọi là những bước nhảy lượng tử, thậm chí là khả năng dự đoán kết quả cuối cùng.

Thí nghiệm tưởng tượng nói trên do nhà vật lý học người Áo Erwin Schrodinger (12/8/1887 – 4/1/1961) nghĩ ra. “Con mèo của Schrodinger” nằm trong một cái hộp kín cùng nguồn bức xạ, máy phát hiện bức xạ (máy dò) và bình chứa khí độc. Nếu máy dò phát hiện phóng xạ của một nguyên tử đơn lẻ nào đó, thì khi đó bình chứa khí độc sẽ giải phóng khí, khiến con mèo chết.

Tuy nhiên, chúng ta không thể nhìn vào bên trong hộp, nên không biết con mèo đã chết hay còn sống. Cho đến khi chúng ta không mở hộp, con mèo đồng thời ở trong 2 trạng thái; thế nhưng nếu chúng ta nhìn được vào bên trong hộp, tức là thực hiện quan sát, thì con mèo chuyển sang một trong 2 trạng thái khả dĩ (sống hoặc chết) một cách ngẫu nhiên.

Thí nghiệm ám chỉ đến cái gọi là chồng chập lượng tử, tức là tình huống mà trong đó 1 hạt tồn tại đồng thời trong nhiều trạng thái đến thời điểm chúng ta thực hiện quan sát.

Khi đó (khi chúng ta thực hiện quan sát), hạt ngay lập tức và ngẫu nhiên “di chuyển” giữa các trạng thái năng lượng, được gọi là bước nhảy lượng tử.

Mới đây, các nhà vật lý ở ĐH Yale (Mỹ) thông báo rằng, họ không chỉ thành công trong dự đoán, mà còn trong điều khiển bước nhảy lượng tử. Nói một cách khác, các nhà khoa học đã “cứu sống” con mèo của Schrodinger!

Nhóm các nhà vật lý ở ĐH Yale đã thực hiện bước đột phá này bằng các nguyên tử nhân tạo gọi là các qubit. Qubit cũng được sử dụng với vai trò là đơn vị thông tin cơ bản trong các máy tính lượng tử.

Các nhà nghiên cứu thực hiện thí nghiệm để quan sát gián tiếp qubit siêu dẫn. Họ sử dụng 3 máy phát sóng cực ngắn (vi ba) để chiếu xạ đối với qubit ở trong bình chứa đóng kín (3 chiều) làm bằng nhôm.

Tia vi ba “tắt, bật” qubit giữa các trạng thái năng lượng; trong khi đó, chùm tia vi ba thứ hai “quét” bên trong bình chứa. Khi qubit ở trong trạng thái cơ bản, tia vi ba tạo ra các photon. Tuy nhiên, sự thiếu vắng đột ngột photon chứng tỏ qubit thực hiện bước nhảy lượng tử và chuyển sang trạng thái kích thích.

Xung bức xạ gửi đi trong thời điểm thích hợp có thể đảo ngược bước nhảy lượng tử và qubit lại ở trong trạng thái cơ bản.

Các nhà khoa học duy trì thí nghiệm đối với con mèo của Schrodinger và khẳng định họ “cứu sống” được con mèo.

Các nhà vật lý đã quan sát được tổng cộng 6,8 triệu bước nhảy lượng tử và phát hiện sự ăn khớp giữa các bước nhảy – các bước nhảy diễn ra như nhau.

Tuy nhiên, các nhà khoa học không thể dự đoán khi nào xuất hiện bước nhảy lượng tử. Nó có thể kéo dài 5 phút hoặc 5 giờ. Ông Zlatko Minev, tác giả chính công trình nghiên cứu, đã so sánh các bước nhảy lượng tử với sự bùng nổ núi lửa: việc theo dõi có thể giúp phát hiện những dấu hiệu cho thấy bùng nổ núi lửa sắp diễn ra, tuy nhiên không thể giúp chúng ta dự đoán dài hạn.

Theo Tuấn Sơn
Nauka

Tin tiêu điểm