Dịch chuyển tức thời liệu có khả thi? - Sajan Saini

Xem bài giảng đầy đủ tại: https://ed.ted.com/lessons/will-we-ever-be-able-to-teleport-sajan-saini

Dịch chuyển tức thời có tồn tại hay không? Liệu ta có thể biến quả bóng chày thành sóng vô tuyến, truyền tới điểm nhận và khôi phục nó trở lại thành hình dạng cũ? Nhờ vật lý lượng tử, điều đó hoàn toàn khả thi ỏ một góc độ nào đó. Sajan Saini sẽ giúp các bạn làm rõ hơn.

Bài giảng bởi Sajan Saini, đồ hoạ bởi Karrot Animation.

Dịch chuyển tức thời liệu có khả thi?

Liệu ta có thể biến quả bóng chày
thành một dạng sóng vô tuyến,

truyền qua nhà cửa,

luồn lách qua các vật cản,

và quay về đúng quả bóng chày ban đầu?

Nghe hơi vô lý, nhưng nhờ vật lý lượng tử,
câu trả lời sẽ là có,

ở vài khía cạnh.

Mẹo nằm ở đây.

Bản thân quả bóng không thể
được gửi đi dưới dạng sóng,

nhưng thông tin về nó thì có thể.

Trong vật lý lượng tử,
các nguyên tử và electron

được định nghĩa bởi một tập hợp
các thông tin riêng biệt,

chẳng hạn như toạ độ,

mômen,

và spin riêng.

Giá trị các đại lượng này
định nghĩa nên hạt đó,

gọi là trạng thái lượng tử của từng hạt.

Nếu hai electron
có trạng thái lượng tử như nhau

thì chúng sẽ là một hạt.

Nói cách khác, quả bóng chày là tập hợp
rất nhiều trạng thái lượng tử

của những nguyên tử cấu tạo nên nó.

Nếu ta đọc được thông tin
về trạng thái lượng tử của nó ở Boston

và gửi nó đi khắp nơi,

thông tin đó sẽ được tái tạo lại
ở các nguyên tử có cùng tính chất hoá học

tại Bangalore,

chúng được tái tạo và lắp ghép cẩn thận

và trở thành quả bóng giống hệt.

Nhưng có một vấn đề.

Không dễ để đo đạc trạng thái lượng tử.

Nguyên lý bất định Heisenberg
trong vật lý lượng tử

đã chỉ ra rằng vị trí
và động lượng của một hạt

không thể được đo đạc chính xác cùng lúc.

Phương pháp đơn giản nhất
để đo chính xác vị trí của một electron

đòi hỏi một photon
phải va chạm với electron đó

và photon phải tới được kính hiển vi.

Nhưng cú va chạm làm thay đổi đột ngột
động lượng của electron.

Ta sẽ mất sạch thông tin
vừa đo xong về động lượng.

Nói cách khác, trạng thái lượng tử
cực kỳ kém ổn định.

Việc đo lường làm thay đổi thông tin.

Vậy làm thế nào để truyền thông tin
khi ta không hiểu hết bản chất của nó,

đồng thời không khiến nó bị phá huỷ?

Câu trả lời nằm ở mối liên kết đặc biệt
mang tên Vướng víu lượng tử.

Đó là mối liên hệ kỳ bí được đặt ra
ngay từ khi vật lý lượng tử ra đời

và ngày nay ta vẫn chưa hiểu rõ nó.

Spin của hai electron bị "vướng" vào nhau
sẽ tạo ra mối liên kết

bất chấp mọi khoảng cách.

Khi đã biết spin của electron thứ nhất,

ta sẽ biết ngay giá trị spin
của electron thứ hai,

bất chấp việc hai hạt đó cách nhau
vài cây số hay cả năm ánh sáng.

Bằng cách nào đó, thông tin
về trạng thái lượng tử hạt thứ nhất

được tính theo đơn vị "qubit,"

ảnh hưởng tới hạt kia, nhưng không theo
cách truyền tin thông thường.

Einstein và các cộng sự của mình
gọi mối liên hệ lạ lùng này

với cái tên "tác động ma quái từ xa."

Trong khi vướng víu lượng tử giữa hai hạt

có vai trò trong việc ngay lập tức
truyền các qubit dữ liệu giữa chúng,

chúng cần tuân theo một quy tắc.

Tương tác đó phải xảy ra ở cự ly gần.

Hai electron phải được "vướng" nhau
ở khoảng cách gần

trước khi một trong số chúng
di chuyển ra chỗ khác.

Bản thân sự vướng víu lượng tử
không phải dịch chuyển tức thời.

Để thực hiện "dịch chuyển,"

ta cần một chiếc máy giải mã
để giúp đọc các qubit ở đầu nhận.

Hai bit dữ liệu sẽ được tạo ra
sau khi đọc thông tin hạt thứ nhất.

Các bit dữ liệu thông thường này
phải được truyền đi theo cách truyền thống

và bị giới hạn bởi vận tốc ánh sáng,
sóng vô tuyến hay vận tốc cáp quang.

Khi tiến hành đo đạc
để lấy dữ liệu số của từng hạt

ta đã phá huỷ thông tin lượng tử của nó,

điều đó có nghĩa quả bóng chày
phải biến mất ở Boston

và "dịch chuyển tức thời" tới Bangalore.

Theo nguyên lý bất định Heisenberg,

sự dịch chuyển chỉ đưa thông tin
về quả bóng chày

giữa hai địa điểm, đồng thời
không hề khiến quả bóng bị nhân đôi.

Vì vậy, theo lý thuyết, ta có thể
"dịch chuyển" đồ vật, thậm chí con người,

nhưng hiện tại, ta chưa đủ khả năng
đo thông tin lượng tử

của hàng tỷ tỷ nguyên tử
trong một vật thể kích thước lớn

và tái tạo thông tin đó ở nơi khác.

Độ phức tạp cũng như năng lượng
cần sử dụng là vô cùng lớn.

Hiện nay, ta đã có khả năng dịch chuyển
các electron hoặc nguyên tử đơn lẻ,

mở đường cho khả năng
bảo mật dữ liệu rất cao

của các máy tính lượng tử trong tương lai.

Về mặt triết học, dịch chuyển tức thời
mang ý nghĩa sâu xa.

Dịch chuyển tức thời không hẳn
là đưa vật thể xuyên không gian

như vật chất thông thường,

cũng không hẳn là truyền thông tin
xuyên không gian.

Nó thực hiện mỗi thứ một chút.

Vật lý lượng tử cho ta một góc nhìn mới lạ

về mọi vật chất trong vũ trụ giống như
tập hợp của các thông tin dễ biến dạng.

Dịch chuyển lượng tử cho ta một cách
để tận dụng sự mỏng manh đó.

Hãy nhớ rằng, không gì là không thể.

Chỉ trong hơn một thế kỷ,

nhân loại từ việc hiểu được tính bất định

của các electron trên quy mô lượng tử,

đã có thể dịch chuyển tức thời chúng
trong một căn phòng.

Những công nghệ mới nào
tận dụng điều đó

sẽ ra đời trong 1.000,
hay thậm chí 10.000 năm nữa?

Hãy để không thời gian quyết định điều đó.