Cơ chế lượng tử là một lãnh địa kỳ bí: các electron liên kết cho dù khoảng cách rất xa trong vũ trụ lại cũng có thể chia cách chúng, mọi thứ đều có 2 vị trí một lúc. Và dĩ nhiên, hiểu biêt loại bỏ hiểu biết. Nhận xét sau là tính chất cơ bản cho sự kỳ lạ của lượng tử: tính toán xung lượng của 1 vật thể loại trừ sự hiểu biết chính xác về nơi chốn của vật thể đó. Nhưng tác giả nghĩ rằng đã tìm thấy điều gì đó lạ hơn tất cả những nhận xét trên.
Các nhà nghiên cứu đề nghị đo lường bằng cách đưa 1 photon vào sự suy nghĩ nó là gì, tức là giữa 1 đống photon.
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta muốn thực hiện điều biến pha trên 1 photon đơn lẻ thông qua một bộ điều khiển photon. Điều biến pha thực chất là độ trễ của thời gian. Trong quang học truyền thống, độ trễ này được thực hiện bằng dòng ánh sáng cường độ cao. Xung cường độ cao có thể thay đổi chiết suất của môi trường trung gian mà dòng tia truyền qua. Photon tín hiệu của chúng ta truyền qua môi trường trung gian đó, sẽ có những chiết suất khác nhau và sẽ bị chậm lại hoặc tăng tốc.
Vấn đề chúng tôi muốn là thử nghiệm tất cả với các photon đơn lẻ, và chỉ 1 photon không đúng với định nghĩa của cường độ cao.
Có phải dường như vô vọng? Tuy nhiên, trong cơ học lượng tử, mọi thứ không hẳn như nó vốn có. Một kiểu đo đặc thù tên là đo yếu (weak measurement) cho kết quả rất lạ. Ví dụ nếu bạn đo sự quay tròn của 1 electron sử dụng phương pháp đo trên, bạn chắc rằng mình không làm nhiễu loạn trạng thái của electron, nhưng giá trị vẫn rất lạ. Giá trị xoay của electron trong khoảng +1/2 hay -1/2, nhưng nếu đo bằng phương pháp trên thì thu được giá trị khoảng chừng 100. Do đó, dưới những điều kiện cho phép, electron đơn lẻ đó có thể quay bằng hiệu quả của khoảng 200 electron.
Trong trường hợp ở đây, tác giả dùng 2 photon. 1 bộ điều khiển photon đơn lẻ đi qua 1 thiết bị chia tách tia cho phép photon đồng hành xuyên qua môi trường trung gian với 1 photon tín hiệu đơn lẻ mà nhóm thí nghiệm muốn điều biến hoặc đi theo các kênh riêng lẻ. Sau đó thì những đường dẫn truyền sẽ được gom chung lại qua 1 bộ gom tia không cân bằng. Đối với bộ gom tia cân bằng hoàn hảo, bộ điều khiển luôn điều chỉnh dòng tia xuất ra cùng 1 hướng, được gọi là bright port. Đối với bộ gom tia không cân bằng, 1 photon thỉnh thỏang xuất ra theo nhiều hướng khác nhau gọi là dark port.
Khi bạn tính tất cả các đường để 1 photon có thể chạm đến máy dò trước dark port, một trong các đường đó là nhiều photon đồng hành xuyên qua môi trường trung gian với photon tín hiệu hơn là đi bên ngoài môi trường đó. Hơn thế nữa, chúng ta máy dò cân bằng càng gần, thì photon dark port càng hiếm khi chạm tới máy dò. Bởi vậy, nếu muốn càng nhiều số lần chạm của photon lên máy dò, chúng ta cần 1 số lượng photon lớn hơn di chuyển cùng với photon tín hiện trong môi trường trung gian. Cho dù biết rằng, mỗi 1 lần chúng ta chỉ gởi đi được 1 photon.
Nói cách khác, chúng ta đang tính số lượng photon, nhưng lại có được câu trả lời sai do nhiều cấp bậc độ lớn khác nhau. Nhận xét thật sự kỳ lạ: bản chất tin tưởng chúng ta hơn là thực tế.
Nếu chúng ta thực hiện phép đo yếu trên số lượng photon trong dòng photon điều khiển, thì 1 photon đơn lẻ sẽ bị báo sai như vài trăm photon. Và nếu mọi thứ được lắp đặt đúng, trong trường hợp này, có nghĩa là chúng ta chỉ tìm kiếm sự điều biến trên photon tín hiệu khi máy báo dark port có tín hiệu. Photon điều khiển đơn lẻ sẽ có tác động lớn hơn trên chiết xuất của môi trường trung gian. Kết quả sau cùng đó là pha của photon tín hiệu bị điều biến bởi nhiều yếu tố hơn chúng ta mong đợi.
Tóm lại thì công việc này chủ yếu trên lý thuyết. Và điều biến pha cho dù có thêm nhân tố khuyếch đại cũng sẽ rất nhỏ. Thậm chí, không biết môi trường trung gian ở đây có được thiết lập đúng hay không (khí kim loại alkali), bước sóng liệu có đúng không (đúng trên cạnh bên của yếu tố hấp thu của khí ga), như vậy thì mới có thể quan sát được độ khuyếch đại của điều biến.
Cũng giống như tình trạng mất cân bằng và rối trong lý thuyết của Bell, chúng ta phải đợi cho tới khi thí nghiệm xong. Nhưng không giống như nhiều hiện tượng lựơng tử khác, từ lý thuyết đến thí nghiệm của giả thuyết trên sẽ không phải mất hàng thập kỷ.
Physical Review Letters, 2011, DOI 10.1103/PhysRevLett.107.133603
Các nhà nghiên cứu đề nghị đo lường bằng cách đưa 1 photon vào sự suy nghĩ nó là gì, tức là giữa 1 đống photon.
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta muốn thực hiện điều biến pha trên 1 photon đơn lẻ thông qua một bộ điều khiển photon. Điều biến pha thực chất là độ trễ của thời gian. Trong quang học truyền thống, độ trễ này được thực hiện bằng dòng ánh sáng cường độ cao. Xung cường độ cao có thể thay đổi chiết suất của môi trường trung gian mà dòng tia truyền qua. Photon tín hiệu của chúng ta truyền qua môi trường trung gian đó, sẽ có những chiết suất khác nhau và sẽ bị chậm lại hoặc tăng tốc.
Vấn đề chúng tôi muốn là thử nghiệm tất cả với các photon đơn lẻ, và chỉ 1 photon không đúng với định nghĩa của cường độ cao.
Có phải dường như vô vọng? Tuy nhiên, trong cơ học lượng tử, mọi thứ không hẳn như nó vốn có. Một kiểu đo đặc thù tên là đo yếu (weak measurement) cho kết quả rất lạ. Ví dụ nếu bạn đo sự quay tròn của 1 electron sử dụng phương pháp đo trên, bạn chắc rằng mình không làm nhiễu loạn trạng thái của electron, nhưng giá trị vẫn rất lạ. Giá trị xoay của electron trong khoảng +1/2 hay -1/2, nhưng nếu đo bằng phương pháp trên thì thu được giá trị khoảng chừng 100. Do đó, dưới những điều kiện cho phép, electron đơn lẻ đó có thể quay bằng hiệu quả của khoảng 200 electron.
Trong trường hợp ở đây, tác giả dùng 2 photon. 1 bộ điều khiển photon đơn lẻ đi qua 1 thiết bị chia tách tia cho phép photon đồng hành xuyên qua môi trường trung gian với 1 photon tín hiệu đơn lẻ mà nhóm thí nghiệm muốn điều biến hoặc đi theo các kênh riêng lẻ. Sau đó thì những đường dẫn truyền sẽ được gom chung lại qua 1 bộ gom tia không cân bằng. Đối với bộ gom tia cân bằng hoàn hảo, bộ điều khiển luôn điều chỉnh dòng tia xuất ra cùng 1 hướng, được gọi là bright port. Đối với bộ gom tia không cân bằng, 1 photon thỉnh thỏang xuất ra theo nhiều hướng khác nhau gọi là dark port.
Khi bạn tính tất cả các đường để 1 photon có thể chạm đến máy dò trước dark port, một trong các đường đó là nhiều photon đồng hành xuyên qua môi trường trung gian với photon tín hiệu hơn là đi bên ngoài môi trường đó. Hơn thế nữa, chúng ta máy dò cân bằng càng gần, thì photon dark port càng hiếm khi chạm tới máy dò. Bởi vậy, nếu muốn càng nhiều số lần chạm của photon lên máy dò, chúng ta cần 1 số lượng photon lớn hơn di chuyển cùng với photon tín hiện trong môi trường trung gian. Cho dù biết rằng, mỗi 1 lần chúng ta chỉ gởi đi được 1 photon.
Nói cách khác, chúng ta đang tính số lượng photon, nhưng lại có được câu trả lời sai do nhiều cấp bậc độ lớn khác nhau. Nhận xét thật sự kỳ lạ: bản chất tin tưởng chúng ta hơn là thực tế.
Nếu chúng ta thực hiện phép đo yếu trên số lượng photon trong dòng photon điều khiển, thì 1 photon đơn lẻ sẽ bị báo sai như vài trăm photon. Và nếu mọi thứ được lắp đặt đúng, trong trường hợp này, có nghĩa là chúng ta chỉ tìm kiếm sự điều biến trên photon tín hiệu khi máy báo dark port có tín hiệu. Photon điều khiển đơn lẻ sẽ có tác động lớn hơn trên chiết xuất của môi trường trung gian. Kết quả sau cùng đó là pha của photon tín hiệu bị điều biến bởi nhiều yếu tố hơn chúng ta mong đợi.
Tóm lại thì công việc này chủ yếu trên lý thuyết. Và điều biến pha cho dù có thêm nhân tố khuyếch đại cũng sẽ rất nhỏ. Thậm chí, không biết môi trường trung gian ở đây có được thiết lập đúng hay không (khí kim loại alkali), bước sóng liệu có đúng không (đúng trên cạnh bên của yếu tố hấp thu của khí ga), như vậy thì mới có thể quan sát được độ khuyếch đại của điều biến.
Cũng giống như tình trạng mất cân bằng và rối trong lý thuyết của Bell, chúng ta phải đợi cho tới khi thí nghiệm xong. Nhưng không giống như nhiều hiện tượng lựơng tử khác, từ lý thuyết đến thí nghiệm của giả thuyết trên sẽ không phải mất hàng thập kỷ.
Physical Review Letters, 2011, DOI 10.1103/PhysRevLett.107.133603
Theo Arstechnica
