Albert Einstein đã nói nổi tiếng rằng cơ học lượng tử nên cho phép hai vật thể ảnh hưởng đến hành vi của nhau ngay lập tức trên những khoảng cách rộng lớn, điều mà ông gọi là “hành động ma quái ở khoảng cách xa” 1 . Nhiều thập kỷ sau cái chết của ông, các thí nghiệm đã xác nhận điều này. Tuy nhiên, cho đến ngày nay, vẫn chưa rõ ràng chính xác bản chất phối hợp cho phép giữa các vật thể ở xa là bao nhiêu. Hiện tại, 5 nhà nghiên cứu cho biết họ đã giải được một bài toán lý thuyết cho thấy về nguyên tắc, câu trả lời là không thể biết trước được.
Bằng chứng của nhóm nghiên cứu, trình bày trong một bài báo 165 trang, đã được đăng trên trên kho lưu trữ bản thảo arXiv trên 14 Tháng 2 , và vẫn chưa được phản biện chuyên gia. Nếu nó được duy trì, nó sẽ giải quyết ngay lập tức một số vấn đề liên quan trong toán học thuần túy, cơ học lượng tử và một nhánh của khoa học máy tính được gọi là lý thuyết độ phức tạp. Đặc biệt, nó sẽ trả lời một câu hỏi toán học đã không được giải đáp trong hơn 40 năm.
Stephanie Wehner, một nhà vật lý lượng tử lý thuyết tại Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan, cho biết nếu bằng chứng của họ được kiểm chứng, “đó là một kết quả siêu đẹp”.
Trọng tâm của bài báo là bằng chứng của một định lý trong lý thuyết độ phức tạp, liên quan đến hiệu quả của các thuật toán. Các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng vấn đề này tương đương về mặt toán học với câu hỏi về hành động ma quái ở khoảng cách xa – còn được gọi là rối lượng tử 3 .
Định lý liên quan đến một vấn đề lý thuyết trò chơi, với một nhóm gồm hai người chơi có thể phối hợp hành động của họ thông qua rối lượng tử, mặc dù họ không được phép nói chuyện với nhau. Điều này cho phép cả hai người chơi ‘chiến thắng’ thường xuyên hơn nhiều so với khi họ không có vướng víu lượng tử. Nhưng về bản chất, hai người chơi không thể tính toán một chiến lược tối ưu, các tác giả cho thấy. Điều này ngụ ý rằng không thể tính toán được về mặt lý thuyết chúng có thể đạt được bao nhiêu sự phối hợp. Đồng tác giả Thomas Vidick tại Viện Công nghệ California ở Pasadena cho biết: “Không có thuật toán nào cho bạn biết đâu là vi phạm tối đa mà bạn có thể mắc phải trong cơ học lượng tử.”
Toby Cubitt, một nhà lý thuyết thông tin lượng tử tại Đại học College London, cho biết: “Điều đáng kinh ngạc là lý thuyết phức tạp lượng tử là chìa khóa cho chứng minh.”
Tin tức về tờ báo này đã lan truyền nhanh chóng trên mạng xã hội sau khi tác phẩm được đăng tải, làm dấy lên sự phấn khích. Joseph Fitzsimons , giám đốc điều hành của Horizon Quantum Computing, một công ty mới thành lập ở Singapore , viết: “Tôi nghĩ nó sẽ trở thành một trong những câu hỏi lý thuyết phức tạp có thể mất 100 năm để trả lời .”
“Tôi đang ném gạch ở đây,” một nhà vật lý khác , Mateus Araújo tại Học viện Khoa học Áo ở Vienna , nhận xét . “Tôi chưa bao giờ nghĩ rằng mình sẽ thấy vấn đề này được giải quyết trong đời.”
Thuộc tính có thể quan sát được
Về mặt toán học thuần túy, bài toán này được gọi là bài toán nhúng Connes, theo tên nhà toán học Pháp và người đoạt huy chương Fields là Alain Connes. Đó là một câu hỏi trong lý thuyết về toán tử, một nhánh của toán học tự nó nảy sinh từ những nỗ lực cung cấp nền tảng của cơ học lượng tử vào những năm 1930. Toán tử là ma trận số có thể có số hàng và cột hữu hạn hoặc vô hạn. Chúng có một vai trò quan trọng trong lý thuyết lượng tử, theo đó mỗi toán tử mã hóa một thuộc tính có thể quan sát được của một đối tượng vật lý.
Trong một bài báo năm 1976 4 , sử dụng ngôn ngữ của các nhà khai thác, Connes hỏi liệu hệ thống lượng tử với vô số các biến đo lường có thể được xấp xỉ bằng hệ thống đơn giản rằng có một số hữu hạn.
Nhưng bài báo của Vidick và các cộng sự của ông cho thấy câu trả lời là không: về nguyên tắc, có những hệ lượng tử không thể xấp xỉ bằng những hệ ‘hữu hạn’. Theo công trình của nhà vật lý Boris Tsirelson 5 , người đã định dạng lại vấn đề, điều này cũng có nghĩa là không thể tính toán mức độ tương quan mà hai hệ thống như vậy có thể hiển thị trong không gian khi vướng vào nhau.
Các trường khác nhau
Bằng chứng đã gây bất ngờ cho nhiều cộng đồng. “Tôi chắc chắn rằng vấn đề của Tsirelson đã có một câu trả lời xác đáng,” Araújo viết trong phần bình luận của mình, đồng thời nói thêm rằng kết quả này đã làm lung lay niềm tin cơ bản của ông rằng “tự nhiên theo một nghĩa mơ hồ nào đó về cơ bản là hữu hạn”.
Nhưng các nhà nghiên cứu hầu như không bắt đầu nắm bắt được ý nghĩa của các kết quả. Rối lượng tử là trung tâm của các lĩnh vực điện toán lượng tử và truyền thông lượng tử mới ra đời, và có thể được sử dụng làm nền tảng của các mạng siêu an toàn. Đặc biệt, việc đo lường mức độ tương quan giữa các đối tượng vướng víu trong một hệ thống liên lạc có thể cung cấp bằng chứng rằng nó an toàn khỏi bị nghe trộm. Nhưng kết quả có lẽ không có ý nghĩa công nghệ, Wehner nói, bởi vì tất cả các ứng dụng đều sử dụng các hệ lượng tử ‘hữu hạn’. Trên thực tế, rất khó để hình thành một thí nghiệm có thể kiểm tra sự kỳ lạ lượng tử trên một hệ thống ‘vô hạn’ về bản chất, cô ấy nói.
Sự kết hợp của lý thuyết độ phức tạp, thông tin lượng tử và toán học có nghĩa là có rất ít nhà nghiên cứu nói rằng họ có thể nắm được tất cả các khía cạnh của bài báo này. Bản thân Connes nói với Nature rằng anh không đủ tư cách để bình luận. Nhưng anh ấy nói thêm rằng anh ấy đã rất ngạc nhiên bởi có bao nhiêu sự phân nhánh nó hóa ra. “Thật đáng ngạc nhiên là vấn đề đã đi quá sâu và tôi không bao giờ lường trước được điều đó!”
Theo: Nature.
