Khi chúng ta khám phá thế giới của cơ học lượng tử, chúng ta nhận ra rằng giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tử có một khoảng cách khá lớn. Thực sự quá trình nghiên cứu vật lý vi mô không chỉ đơn thuần là một cuộc hành trình thú vị, mà còn đầy bí ẩn và kỳ lạ. Một trong những khía cạnh nổi bật của cơ học lượng tử chính là hiện tượng rối lượng tử. Điều này có nghĩa là trạng thái của một hạt có thể được xác định thông qua trạng thái của cặp hạt rối của nó mà không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Điều này hoàn toàn trái ngược với những gì mà cơ học cổ điển mô tả, và nó đã dẫn đến việc nhà vật lý nổi tiếng Albert Einstein mô tả hiện tượng này là “hành động huyền bí ở khoảng cách xa”.
Khái niệm này được biết đến với tên gọi “tính không địa phương trong lượng tử”, nơi mà các đối tượng có thể bị ảnh hưởng qua các khoảng cách dường như vượt qua tốc độ ánh sáng. Ngược lại, cơ học cổ điển lại tuân theo lý thuyết địa phương, nghĩa là mọi thứ chỉ bị ảnh hưởng bởi những gì xảy ra xung quanh. Sự phân chia này rất rõ ràng và đã được giải thích bởi định lý không thể đạt được, được biết đến với tên gọi nghịch lý Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ). Nghịch lý này chỉ ra rằng lý thuyết lượng tử không thể được mô tả chỉ bằng những mô tả thực tế địa phương. Được đặt tên theo các nhà vật lý đã phát hiện ra nghịch lý này vào năm 1989, nghịch lý GHZ cho thấy khi các hạt chỉ bị ảnh hưởng bởi sự gần gũi, chúng dẫn đến những điều không thể xảy ra trong toán học.
Gần đây, một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Science Advances đã quyết định khám phá độ kỳ lạ của những nghịch lý này. Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã muốn xác định độ “phi địa phương” của các hạt ánh sáng, và kết quả đã vượt xa mong đợi ban đầu của họ. Thí nghiệm cực kỳ kỹ thuật này đã sản xuất ra các photon, hay còn gọi là hạt ánh sáng, tồn tại trong 37 chiều không gian. Giống như chúng ta tồn tại trong ba chiều, cộng thêm một chiều thời gian, các photon này cần đến 37 điểm tham chiếu tương tự để hoạt động. Zhenghao Liu, một trong những tác giả của nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, đã chia sẻ rằng: “Thí nghiệm này cho thấy rằng vật lý lượng tử còn phi địa phương hơn nhiều so với những gì chúng ta nghĩ”.
Việc thực hiện thí nghiệm này không hề đơn giản, vì Liu và nhóm của ông cần phải đưa phiên bản của nghịch lý GHZ vào ánh sáng đồng bộ, cả về màu sắc và bước sóng, để có thể dễ dàng thao tác các photon. Điều này đã dẫn đến những “hiệu ứng phi địa phương lớn nhất trong thế giới lượng tử” từng được tạo ra. Các tác giả nghiên cứu hy vọng rằng những phát hiện của họ có thể mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới, nhằm xây dựng những lợi thế lượng tử mạnh mẽ hơn trong các hệ thống chiều cao. Nếu như chúng ta chỉ mới khám phá được phần đầu của tảng băng trôi, hãy tưởng tượng xem những đột phá trong lĩnh vực lượng tử có thể đang ẩn giấu ở đâu dưới bề mặt.
Khái niệm này được biết đến với tên gọi “tính không địa phương trong lượng tử”, nơi mà các đối tượng có thể bị ảnh hưởng qua các khoảng cách dường như vượt qua tốc độ ánh sáng. Ngược lại, cơ học cổ điển lại tuân theo lý thuyết địa phương, nghĩa là mọi thứ chỉ bị ảnh hưởng bởi những gì xảy ra xung quanh. Sự phân chia này rất rõ ràng và đã được giải thích bởi định lý không thể đạt được, được biết đến với tên gọi nghịch lý Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ). Nghịch lý này chỉ ra rằng lý thuyết lượng tử không thể được mô tả chỉ bằng những mô tả thực tế địa phương. Được đặt tên theo các nhà vật lý đã phát hiện ra nghịch lý này vào năm 1989, nghịch lý GHZ cho thấy khi các hạt chỉ bị ảnh hưởng bởi sự gần gũi, chúng dẫn đến những điều không thể xảy ra trong toán học.
Gần đây, một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Science Advances đã quyết định khám phá độ kỳ lạ của những nghịch lý này. Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã muốn xác định độ “phi địa phương” của các hạt ánh sáng, và kết quả đã vượt xa mong đợi ban đầu của họ. Thí nghiệm cực kỳ kỹ thuật này đã sản xuất ra các photon, hay còn gọi là hạt ánh sáng, tồn tại trong 37 chiều không gian. Giống như chúng ta tồn tại trong ba chiều, cộng thêm một chiều thời gian, các photon này cần đến 37 điểm tham chiếu tương tự để hoạt động. Zhenghao Liu, một trong những tác giả của nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, đã chia sẻ rằng: “Thí nghiệm này cho thấy rằng vật lý lượng tử còn phi địa phương hơn nhiều so với những gì chúng ta nghĩ”.
Việc thực hiện thí nghiệm này không hề đơn giản, vì Liu và nhóm của ông cần phải đưa phiên bản của nghịch lý GHZ vào ánh sáng đồng bộ, cả về màu sắc và bước sóng, để có thể dễ dàng thao tác các photon. Điều này đã dẫn đến những “hiệu ứng phi địa phương lớn nhất trong thế giới lượng tử” từng được tạo ra. Các tác giả nghiên cứu hy vọng rằng những phát hiện của họ có thể mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới, nhằm xây dựng những lợi thế lượng tử mạnh mẽ hơn trong các hệ thống chiều cao. Nếu như chúng ta chỉ mới khám phá được phần đầu của tảng băng trôi, hãy tưởng tượng xem những đột phá trong lĩnh vực lượng tử có thể đang ẩn giấu ở đâu dưới bề mặt.
