Các nhà vật lý lý thuyết đã tìm ra cách đảo ngược mũi tên thời gian trong một hệ thống lượng tử.
Nguồn tin và chi tiết: https://www.
HCD : Máy dịch nội dung bài báo (có thể còn sót những « tiếng mới » khó hiểu khó nghe)
Các nhà vật lý lý thuyết đã tìm ra cách đảo ngược mũi tên thời gian trong một hệ thống lượng tử.
Mũi tên thời gian luôn tiến tới. Trứng đã vỡ không thể lành; sữa đã đổ không thể hứng lại. Nhưng nay nghiên cứu mới đã tìm ra một cách để mũi tên này có thể bị đảo ngược trong một hệ thống lượng tử, làm cho các biến cố xảy ra lộn xộn như thể thời gian chảy ngược trở lại.
Những khám phá này hiện chỉ ở mức lý thuyết nhưng có thể đem ra thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, theo Luis Pedro García-Pintos, nhà vật lý tại Phòng Thí nghiệm Quốc gia Los Alamos và là tác giả chính của nghiên cứu mới, đăng ngày 19 tháng 2 trên tạp chí Physical Review X.
Rốt cuộc, đảo ngược thời gian ở cấp độ lượng tử có thể ngăn chặn sự mất mát thông tin vốn làm trở ngại cho máy tính lượng tử, theo Andrea Rocco, nhà vật lý tại Đại học Surrey ở Anh, không tham gia vào nghiên cứu. “Điều này tức khắc sẽ là một lợi thế không tưởng trong việc xây dựng những kỹ thuật lượng tử này.”
Ý tưởng đảo ngược thời gian không phải mới. Vào thế kỷ 19, nhà vật lý James Clerk Maxwell đã nghĩ ra một thí nghiệm tưởng tượng để đảo ngược định luật nhiệt động lực học thứ hai, theo đó tổng entropy (mức đo độ hỗn loạn) của một hệ thống không thể giảm đi theo thời gian. Theo định luật này, nhiệt luôn chảy từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn, và chính điều đó làm tăng entropy của vật lạnh hơn. Ai đã từng pha một tách sô-cô-la nóng để sưởi ấm tay trong ngày tuyết rơi đều biết rõ định luật ấy. Nhưng vì sự ngẫu nhiên, trong vật nóng bao giờ cũng có vài phân tử chuyển động chậm, và trong vật lạnh bao giờ cũng có vài phân tử chuyển động nhanh. Điều đó có nghĩa là một thực thể bên ngoài — gọi là con quỷ Maxwell — về lý thuyết có thể lùa những phân tử đó từ vật này sang vật kia một cách có chọn lọc, phân loại các phân tử chuyển động nhanh hơn trở về vật nóng và các phân tử chậm hơn về vật lạnh. Như vậy, vật nóng sẽ càng nóng hơn, và vật lạnh sẽ càng lạnh hơn. Đối với người quan sát, có vẻ như trật tự thông thường của sự vật đang diễn ra ngược lại: tách sô-cô-la nóng của bạn sẽ hút hơi ấm từ tay bạn.
Ngoài đời không có con quỷ nhỏ nào mày mò với những tách sô-cô-la nóng. Nhưng trong các hệ thống lượng tử tí hon, có một yếu tố điều khiển từ bên ngoài. Hệ thống lượng tử bao gồm tất cả các hạt nhỏ xíu, như nguyên tử và điện tử, hoạt động theo các quy tắc của cơ học lượng tử. Theo những quy tắc này, đo lường một hệ thống lượng tử sẽ làm thay đổi nó: Trước khi quan sát, một hệ thống có thể tồn tại trong nhiều trạng thái cùng một lúc, một khái niệm gọi là chồng chập. Nói cách khác, spin, động lượng và các tính chất khác của một hạt chưa được xác định. Nhưng phép đo làm sụp đổ sự chồng chập này, cho ra một kết quả nhất định.
Dùng mô phỏng trên máy tính, García-Pintos và đồng nghiệp đã nhận thấy rằng nhờ biết trạng thái ban đầu của một hệ thống lượng tử và kết quả sau khi đo, họ có thể đảo ngược mũi tên thời gian. Để làm bộ điều khiển bên ngoài, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một chuỗi các trường và xung để lập tức đưa hệ thống ảo trở lại điểm xuất phát, và trong một số trường hợp, đẩy nó về phía kết quả ngược lại. Chuỗi điều khiển này, gọi là Hamiltonian, hoạt động như con quỷ Maxwell, làm cho một chuỗi các biến cố được cho là không thể đảo ngược bị đảo lộn từ xuôi thành ngược.
“Chúng tôi đang mô phỏng một vũ trụ nơi mọi vật đang chảy ngược theo thời gian,” García-Pintos nói.
Những bộ điều khiển Hamiltonian này có thể được dùng để chế tạo một động cơ đo lường liên tục. Năng lượng đưa vào một hệ thống lượng tử bởi phép đo có thể bị Hamiltonian rút ra tức khắc và chứa trong một bình pin để cung cấp cho các quá trình khác, García-Pintos nói. Một ứng dụng khác có thể là đảo ngược sự mất kết hợp lượng tử, hiện tượng trong đó một hệ thống lượng tử mất đi hành vi lượng tử đặc biệt của nó và biến thành một hệ thống cổ điển do tương tác với môi trường bên ngoài. Sự mất kết hợp là một rào cản lớn đối với điện toán lượng tử, Rocco nói, vì vậy một bước tiến tới khả năng đảo ngược nó sẽ là rất quan trọng.
Nhưng còn nhiều thách thức ở phía trước, theo Kater Murch, nhà vật lý thực nghiệm tại Đại học California, Berkeley. Tạo ra các Hamiltonian này trong thực tế đòi hỏi những phép đo hoàn hảo không có mất mát thông tin, Murch nói, người không tham gia vào nghiên cứu. Tuy nhiên, phép đo hoàn hảo là không thể. Hiện tại, các nhà nghiên cứu đo các tính chất của hệ thống lượng tử bằng cách chiếu ánh sáng quang học hoặc vi sóng vào chúng, rồi thu lại ánh sáng đó để xem các thành phần của nó thay đổi ra sao. Nhưng hiệu suất thu lại ánh sáng trở về để thấy hệ thống thay đổi thế nào chỉ khoảng 50%, ông nói, nghĩa là một vài chi tiết bị mờ. “Một khi chúng ta đã làm mất một phần tín hiệu đo, chúng ta không còn biết chính xác hệ thống lượng tử đang làm gì,” ông nói. Và điều đó có nghĩa là trước khi các nhà nghiên cứu có thể tạo ra Hamiltonian hoàn hảo để đảo ngược thời gian trong các hệ thống lượng tử thực, họ sẽ phải đo lường chúng giỏi hơn.
Đã đến lúc đứng lên bảo vệ Khoa học
Nếu bạn thích bài viết này, tôi xin ngỏ lời nhờ sự ủng hộ của bạn. Scientific American đã là người bênh vực cho khoa học và kỹ nghệ trong 180 năm, và có lẽ hiện nay là thời điểm quan trọng nhất trong lịch sử hai thế kỷ đó.
Tôi đã đặt mua Scientific American từ năm lên 12 tuổi, và nó đã giúp hình thành cách tôi nhìn thế giới. SciAm luôn dạy cho tôi điều mới và làm tôi thích thú, và gợi lên một cảm giác kính sợ trước vũ trụ bao la, xinh đẹp của chúng ta. Tôi hy vọng nó cũng làm được điều đó cho bạn.
Nếu bạn đặt mua Scientific American, bạn giúp bảo đảm rằng các bài vở của chúng tôi tập trung vào những nghiên cứu và khám phá có ý nghĩa; rằng chúng tôi có phương tiện để tường thuật về những quyết định đe dọa các phòng thí nghiệm khắp nước Mỹ; và rằng chúng tôi nâng đỡ cả các nhà khoa học mới vào nghề lẫn các nhà khoa học đang làm việc, trong một thời kỳ mà giá trị của chính khoa học thường xuyên bị coi nhẹ.
Đổi lại, bạn sẽ nhận được tin tức thiết yếu, các chương trình phát thanh hấp dẫn, các hình vẽ đồ thị sáng sủa, các bản tin không thể bỏ qua, các video đáng xem, các trò chơi thử thách, và các bài viết và phóng sự hay nhất trong giới khoa học. Bạn thậm chí có thể biếu ai đó một đăng báo.
Chưa bao giờ có một thời điểm quan trọng hơn để chúng ta đứng lên và cho thấy tại sao khoa học quan trọng. Tôi mong bạn sẽ ủng hộ chúng tôi trong sứ mệnh đó.
HCD:
Thời thuận thời nghịch, muôn pháp vốn theo duyên sanh diệt;
Tâm không tâm tịnh, nhất niệm viên thành tánh Như Lai.
Comments
Post a Comment