Rối lượng tử - đúng như cái tên của nó - rất rối rắm và lằng nhằng.
Ngày 30 tháng Mười Một năm 2016, có 100.000 game thủ từ khắp nơi trên thế giới đồng loạt online và cùng nhau chơi: họ làm vậy để "trêu tức" Einstein.
Những khái niệm vật lý vận hành vũ trụ này đều hợp lý một cách hoàn mỹ, nhưng có một khái niệm không hề hợp lý một chút nào, có điều nó vẫn hoạt động được! Khái niệm vật lý ấy là "rối lượng tử", được Einstein gọi là "hoạt động kì quái diễn ra tại một khoảng cách xa".
Nhà vật lý đại tài của nhân loại đã nghĩ rằng có một hiệu ứng ẩn gì đó khiến hiện tượng này xảy ra.
Rối lượng tử khiến hai hạt vật chất có thể chuyển tín hiệu cho nhau với tốc độ nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng. Nhà vật lý đại tài của nhân loại đã nghĩ rằng có một hiệu ứng ẩn gì đó khiến hiện tượng này xảy ra. Nếu như ta cứ càng đào sâu tìm hiểu về vật lý lượng tử, ta sẽ hiểu được cái gì đang diễn ra.
Hóa ra Einstein đã nhầm: chúng ta vẫn chẳng biết cái gì đang diễn ra. Thử nghiệm diễn ra năm 2016 do nhà vật lý học Morgan Mitchell tại Viện Khoa học Photon, Tây Ban Nha dẫn đầu đã chứng minh điều đó. Thử nghiệm có tên The BIG Bell Test chỉ ra rằng, đơn giản là cơ học lượng tử "quá dị" mà thôi.
Đối tượng thử trong bài thử lần này là các game thủ. Những việc họ cần làm chỉ là bấm nút ngẫu nhiên thôi, càng loạn càng tốt.
Việc các game thủ cần làm chỉ là bấm nút ngẫu nhiên thôi, càng loạn càng tốt.
Cụm "rối lượng tử" dùng để mô tả những thứ nằm ở hai địa điểm rất xa nhau, nhưng về mặt toán học thì chúng lại liên kết một cách chặt chẽ. Việc đo đạc thứ A sẽ gây ra ảnh hưởng ngay lập tức lên thứ B. Các nhà khoa học đã phát hiện ra sự kiện kì lạ này từ những ngày đầu của vật lý lượng tử, hồi năm 1935.
Hãy áp dụng lên thế giới thực này để bạn tưởng tượng cho dễ. Bạn có một trái cam và một trái táo, cho vào hai cái túi, đưa cho hai đứa nhóc khác nhau đi về hai hướng khác nhau. Một nhóc mở túi thấy trái cam, thì sẽ biết ngay nhóc còn lại có trái táo. Hiển nhiên, việc nhóc đầu tiên nhìn thấy quả cam (đo đạc cho thấy nó là quả cam) không khiến quả trong túi của nhóc còn lại tự nhiên biến thành quả táo. Người đứng ngoài sẽ có thể biết ngay được nhóc nào cầm quả gì. Đó là những gì Einstein cho rằng đó chính là phương thức hoạt động của vật lý lượng tử.
Nhưng, dựa trên công trình nghiên cứu của cố nhà vật lý học John Stewart Bell, thì đó lại không phải phương thức hoạt động của vật lý lượng tử. Nếu như quả cam và quả táo tuân theo mọi luật của cơ học lượng tử, thì nó phải vừa là cam vừa là táo, cho tới lúc nó được mở ra xem – đo đạc. Khi cái túi được mở ra, danh tính của loại quả trong túi mới được xác nhận. Dù hai cái túi quả này có ở hai đầu vũ trụ, nó cũng vẫn sẽ tuân theo quy luật này.
Dù bạn có biết thông tin gì đi nữa về thành phần trong túi, bạn cũng chẳng bao giờ đoán được trong túi có quả gì, cho tới khi việc đo đạc – việc mở túi ra được thực hiện. Chẳng có luận cứ bí ẩn nào sẽ cho phép bạn đoán được trong túi có cái gì.
Đã có vô số thí nghiệm của ông Bell khác chứng minh hiệu ứng lượng tử kì quái này. Những thử nghiệm này dựa trên sự thật rằng sau khi đo đạc nhiều lần, kết quả chỉ có thể xảy ra khi và chỉ khi những hạt vật chất đã thực hiện "hành động kì quái diễn ra tại một khoảng cách xa" – những hạt đó đã rối lượng tử.
Thử nghiệm Bell sẽ luôn cần một hệ thống rối mà trong đó, giữa những hạt rối là một khoảng cách rất xa. Nhưng những thử nghiệm Bell mới hơn đưa thêm luật vào, những luật sẽ ngăn cách thức việc đo đạc ảnh hưởng tới kết quả nghiên cứu.
Nói một cách đơn giản, thì người thử nghiệm chỉ được cầm trong thay thiết bị phát hiện ngẫu nhiên hoặc táo hoặc cam. Đây hoàn toàn là ngẫu nhiên, không hề có "thế lực vô hình" nào đứng sau chọn loại quả.
John Stewart Bell gợi ý rằng để vượt qua vấn đề này, ta có thể dựa vào sự ngẫu nhiên của ý chí con người – không ai chọn ra cái gì một cách có mục đích cả. The BIG Bell Test diễn ra đúng với khuôn mẫu ấy.
Việc rối lượng tử đã, đang và vẫn sẽ là một yếu tố quan trọng trong liên lạc lượng tử.
Trò chơi mà các nhà khoa học cho người thử nghiệm chơi có nội dung như sau: bạn tiến lên phía trước bằng việc ấn hai nút 0 và 1 càng ngẫu nhiên càng tốt – vì bạn chẳng biết số 0 hay số 1 có tác dụng gì, nên sự ngẫu nhiên tới từ ý chí của bạn sẽ là công cụ thử đắc lực.
Những gì người chơi chọn – những con số 0 và 1 ngẫu nhiên sẽ được gửi về 12 phòng thí nghiệm từ có mặt trên toàn bộ 5 châu lục của chúng ta, mỗi phòng thí nghiệm sẽ tự phân tích tính rối của các dữ liệu được đưa về. Những dữ liệu ngẫu nhiên từ trò chơi trên sẽ xác định cách các thiết bị đo đạc được tinh chỉnh.
Những thử nghiệm ngẫu nhiên này sẽ cho ta thấy rằng việc rối lượng tử - hành động kì quái ở khoảng cách xa vẫn cứ diễn ra, và chẳng có yếu tố vật lý nào đứng sau điều khiển chúng hay biến đổi kết quả của thí nghiệm.
Einstein vẫn đúng, đó là những thứ cơ học lượng tử này vẫn quá kì quái.
Việc rối lượng tử đã, đang và vẫn sẽ là một yếu tố quan trọng trong liên lạc lượng tử. Tại đó, các nhà khoa học sẽ sử dụng rối lượng tử để gửi đi những tin nhắn đã được mã hóa (bằng cách vòng quay của một hạt vật chất nào đó) hoặc xa hơn nữa, là sử dụng để làm máy tính lượng tử. Giới hạn của cơ học lượng tử sẽ vẫn được đẩy xa hơn nữa, xa hơn những gì thử nghiệm đã đạt được.