ĐÔNG LA
GIẢI TRÍ KHOA HỌC CUỐI TUẦN: LẦN ĐẦU TIÊN CHỤP ĐƯỢC ẢNH TÁC ĐỘNG MA QUÁI
Như tôi đã viết, sẽ còn viết một bài về khoa học cho “thoả niềm đam mê”, nhưng tin Bảo Ninh hại đồng nghiệp bằng cách bỏ thuốc độc vào tảo thí nghiệm hay quá, nên phải viết trước bài về Bảo Ninh. Hôm nay lại cuối tuần rồi, tôi lại “giải trí khoa học”.
***
Tôi thấy xã hội loài người có hai sự phát triển quan trọng nhưng ngược nhau. Về nhân cách, thiện tính vẫn dẫm chân tại chỗ, có thể còn thoái lui về phía bản năng động vật, kẻ mạnh vẫn muốn ức hiếp kẻ yếu, các nước mạnh vẫn muốn bá quyền, nên vẫn can thiệp, giật dây những kẻ tham tiền, hám quyền phản trắc ở những nước yếu, chính là nguyên nhân sâu xa xảy ra chiến tranh, như nước ta trong quá khứ, và những ngày hôm nay chính là Ukraina. Ngược lại về mặt trí tuệ, trong khoa học công nghệ, khả năng con người lại phát triển kỳ diệu, đến mức chứng minh được cả những điều kỳ lạ, mà đến Einstein còn cho là “ma quái”, là sự thật. Như các nhà nghiên cứu vừa được trao giải Nobel Vật lý 2022. Chưa hết, và thật thú vị ở chỗ, trong quá khứ có những nhà nghiên cứu từng khảo sát phát minh kỳ lạ của Einstein là đúng thì nay cũng lại có những người lần đầu tiên chụp ảnh được sự “tác động ma quái” chứng minh là Einstein sai.
***
Năm 1919, nhân có nhật thực toàn phần, có hai sự khảo sát cùng lúc, một do Eddington tiến hành thí nghiệm trên đảo Príncipe phía tây châu Phi, một do nhóm nghiên cứu bởi Crommelin và Davidson tiến hành ở Sobral, Brazil, cả hai được chỉ đạo bởi nhà thiên văn học người Anh Frank Watson Dyson. Họ đã chụp ảnh tia sáng từ cụm sao Hyades đi ngang qua gần mặt trời tới Trái Đất và thấy nó đúng là bị “bẻ cong”, tức do không gian cong bởi khối lượng của mặt trời theo Thuyết Tương đối rộng của Einstein.
Còn ngày nay, Paul-Antoine Moreau, một nhà vật lý tại Đại học Glasgow, Scotland, đã lãnh đạo một nhóm nghiên cứu lần đầu tiên chụp được hình ảnh sự vướng víu lượng tử, và 12-6-2019, họ đã công bố trên tạp chí Science Advances. Họ đã chụp được những hình thù giống như con mắt ma quái minh họa một hiện tượng kỳ lạ, vướng víu lượng tử, đã khiến Albert Einstein phản đối tận đến lúc ông chết.
Nhiều trang tin khoa học tiếng Việt đã đưa, nhưng với những vấn đề khoa học phức tạp, người dịch không hiểu sâu sắc, dịch máy móc, sẽ khiến người đọc rất khó hiểu được bản chất vấn đề. Tôi phải đọc tài liệu gốc bằng tiếng Anh, với nền tảng tri thức của mình, dần dần mới hiểu rõ được.
Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã cho các photon thoát ra từ chùm tia laze cực tím, sau đó đi qua một tinh thể đặc biệt được biết là để làm vướng pha của một số photon. (The photons came out of an ultraviolet laser beam, then passed through a special crystal known to entangle the phase of some photons). Cụ thể, họ cho một tia laser 355 nm chiếu qua tinh thể β-Bari Borate (BBO) có thể tạo ra được các cặp photon 710 nm có tính vướng víu nhau, một sự “pha loãng” bước sóng (đồng nghĩa với năng lượng) giống như pha loãng một cốc nước đường đặc thành hai cốc vậy. Tiếp theo, họ chia chùm photon có tính vướng víu tách ra đi theo hai nhánh (cánh tay "arms") bằng nhau. Một nhánh các photon đi qua một bộ lọc để thay đổi pha, 0 độ, 45 độ, 135 độ, 90 độ, cuối cùng cho photon của cả hai nhánh đến một máy ảnh.
Cảm biến máy ảnh chỉ chụp khi hai photon vướng víu - mỗi photon từ một nhánh riêng biệt - đến đầu dò tương ứng của chúng cùng lúc và có pha ngược chiều nhau. (The camera sensor recorded information only when two entangled photons — each from a separate arm — arrived at their respective detectors at same time and with opposite phases). Nếu đúng là có tính vướng víu, sự thay đổi 4 pha của các photon ở một nhánh sẽ làm thay đổi pha tương ứng của các photon ở nhánh kia. Các nhà nghiên cứu dự đoán sẽ chụp được bốn hình dạng giống như con mắt. Kết quả, theo thời gian, họ đã chụp được 4 hình ảnh của các photon vướng víu pha của nhau khi chạm vào máy ảnh. (Over time, the researchers built up a patterned image of the entangled photons striking the camera). Những gì hình ảnh hiển thị đã đúng như dự đoán. Bốn ảnh chụp là tập hợp các photon hiển thị trên máy ảnh. Mỗi “con mắt” hình vòng tròn có 2 nửa, là hình ảnh của các cặp photon tác động theo thời gian trên camera có vướng víu lượng tử với nhau, thay đổi 4 lần về pha. Mỗi khi 1 photon được thay đổi pha thì pha của photon còn lại sẽ tức thời thay đổi theo, khiến cho hình ảnh chụp được trên camera luôn tạo thành “vòng tròn”.
Paul-Antoine Moreau cho biết: “Hình ảnh chúng tôi chụp được là một minh chứng thanh lịch về tính chất cơ bản của tự nhiên, lần đầu tiên được nhìn thấy dưới dạng hình ảnh”. (The image we've managed to capture is an elegant demonstration of a fundamental property of nature, seen for the very first time in the form of an image).
***
Kỳ diệu hơn ở chỗ, các nhà nghiên cứu không chỉ làm thí nghiệm vì tò mò, mà kết quả của họ đã mở ra những chân trời ứng dụng trong công nghệ, trong đó có việc chế tạo máy tính lượng tử.
Đơn vị cơ bản của thông tin trong máy tính cổ điển là "bit", là một trong hai giá trị 0 hoặc 1. Máy tính lượng tử sử dụng “qubit”, những bit lượng tử. Vì đặc tính chồng chập lượng tử (superposition), qubit có thể ở chồng chập nhiều trạng thái từ 0 đến 1. Khi có nhiều qubit chúng cũng tương tác với nhau bởi vướng víu lượng tử. Vì các đặc tính đó, thông tin của máy tính lượng tử có thể mã hoá cùng lúc cho tất cả các trạng thái, nên khả năng của máy tính lượng tử sẽ nhanh hơn và mạnh hơn nhiều so với các máy tính thông thường. Một bài báo cho biết “các nhà vật lý ở Trung Quốc gần đây đã khởi chạy một máy tính lượng tử mà họ cho rằng mất 1 phần nghìn giây để thực hiện một nhiệm vụ mà một máy tính thông thường sẽ mất 30 nghìn tỷ năm”!
Tuy nhiên, tất cả chỉ là bước đầu, bởi việc chế tạo máy tính lượng tử rất khó khăn, do các hạt lượng tử làm qubit rất dễ bị nhiễu. Để giữ được tính chất lượng tử phải giữ qubit trong độ lạnh gần như tuyệt đối. Hiện tại, Mỹ và Trung Quốc đang dẫn đầu cuộc đua chế tạo máy tính lượng tử.
29-10-2022
ĐÔNG LA
