Giải Nobel vật lý 2022: tiên phong trong thông tin lượng tử với bất đẳng thức Bell,
Sáng ngày 12/10/2022, Khoa Vật lý và Chương trình cử nhân Khoa học Tài năng – Trường Đại học khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã tổ chức Bài giảng đại chúng về giải Nobel Vật lý 2022. Diễn giả của Bài giảng là GS. Valerio Scarani, Phó Giám đốc Trung tâm Công nghệ Lượng tử, Giáo sư Vật lý trường Đại học Quốc gia Singapore. Chương trình đã thu hút đông đảo giảng viên, các nhà khoa học, sinh viên, học sinh và những người quan tâm trong và ngoài trường.
Tính ngẫu nhiên của thế giới thực tại
Ngày 4/10/2022, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã xướng tên các nhà khoa học Alain Aspect (Pháp), John F. Clauser (Mỹ) và Anton Zeilinger (Áo) nhận giải thưởng Nobel Vật lý 2022. Ba nhà khoa học được vinh danh bởi “thí nghiệm với các photon vướng víu, xác lập sự vi phạm bất đẳng thức Bell và tiên phong trong khoa học thông tin lượng tử”.
Những thí nghiệm được đánh giá là mang tính đột phá với các trạng thái lượng tử vướng víu – khi hai hạt hoạt động như một khối thống nhất kể cả khi chúng bị chia tách. Các kết quả của họ đã mở đường cho công nghệ mới dựa trên thông tin lượng tử.
Hiện nay, trên các sách báo phổ thông, cơ học lượng tử được mô tả thông qua việc không thể đo chính xác vị trí và động lượng ở cùng một thời điểm. Điều này dẫn đến sự hiểu lầm về độ chính xác của các phép đo, mà ngay cả Werner Karl Heisenberg – nhà vật lý nổi danh của thế kỷ 20, một trong những người sáng lập ra thuyết cơ học lượng tử và đoạt giải Nobel vật lý năm 1932 – cũng mắc phải khi giải thích cho khán giả đại chúng. Tuy nhiên, cần phải đặt lại vấn đề chính xác hơn: vị trí và động lượng của một vật không thể được đo một cách đồng thời. Phép đo sẽ không thể xác định được các giá trị mà nó chưa từng tồn tại. Về mặt bản chất, đây là tính ngẫu nhiên của thế giới thực tại. Đâu là nguồn gốc của những kết luận này?
Tính ngẫu nhiên lượng tử – nền tảng cho các công nghệ truyền tin và bảo mật trong tương lai
Từ năm 1964, tính ngẫu nhiên này không còn đơn thuần là một giả thiết để giải thích thế giới. Nó đã được chứng minh cụ thể thông qua các thí nghiệm vi phạm bất đẳng thức Bell. Giải Nobel vật lý năm 2022 đã được trao cho 03 nhà khoa học thực hiện thành công 03 thí nghiệm khác nhau khẳng định tính ngẫu nhiên này của thế giới lượng tử. Giống như quả táo rơi từ trên cành với Aristotle, Newton, hay Einstein, sự vi phạm này là một thực tế. Kể cả trong tương lai khi vật lý lượng tử có thể bị thay thế bởi một lý thuyết đầy đủ hơn, sự vi phạm này vẫn tồn tại, giống như bản chất ngẫu nhiên của thế giới tự nhiên.
GS. Valerio Scarani là một nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng chuyên sâu về thông tin lượng tử và các lý thuyết căn bản của vật lý lượng tử. Bài nói chuyện của ông đã giải thích một cách trực quan, dễ hiểu sự ngẫu nhiên của thế giới lương tử là gì, trình bày cách mà thí nghiệm chứng minh điều này thông qua việc kiểm chứng sự vi phạm bất đẳng thức Bell. GS cũng sử dụng tính ngẫu nhiên lượng tử này cho các công nghệ truyền tin và bảo mật của tương lai. Cấp độ bảo mật này không phụ thuộc vào các thiết bị tạo ra chúng, và là một chủ đề quan trọng của thông tin lượng tử trong hơn một thập kỷ vừa qua. Đây cũng là một trong những ứng dụng cụ thể của bất đẳng thức Bell vừa đạt giải thưởng Nobel vật lý năm nay. Bản thân nhóm của ông đã có bài báo đăng trên tạp chí Nature 8/2022, và được trích dẫn số 40 trong thông báo của Ban tổ chức giải thưởng Nobel Vật lý.
GS.TS. Nguyễn Thế Toàn, Trưởng khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên cho biết, thông tin lượng tử (quantum information) và lĩnh vực liên quan máy tính lượng tử (quantum computing) hiện vẫn còn rất sơ khai giống như cơ học lượng tử ở đầu thế kỷ 20. Giải Nobel Vật lý năm nay chỉ là khởi đầu “tiên phong” trong lĩnh vực thông tin lượng tử. Vẫn còn rất nhiều vấn đề còn bỏ ngỏ cả về mặt nguyên lý cũng như phương pháp luận.
“Tôi tin là sẽ có nhiều giải Nobel trong tương lai liên quan đến lĩnh vực này, và các bạn sinh viên trẻ, tài năng được tiếp cận một lĩnh vực hiện ở giai đoạn khởi đầu, mới mẻ và hiện đại, sẽ là thế hệ vàng để trở thành trụ cột trong lĩnh vực này” – GS.TS. Nguyễn Thế Toàn nói.
