Trong trường hợp ném thẳng một quả bóng vào không trung.
Bạn có thể dự đoán chuyển động của nó không?
Chắc chắn rồi, dễ mà.
Quả bóng sẽ di chuyển thằng đứng cho đến điểm cao nhất,
rồi rơi trở lại và đáp gọn trong tay bạn.
Đó là những gì xảy ra,
bạn biết điều này bởi vì bạn đã chứng kiến nó rất nhiều lần
Bạn quan sát các hiện tượng vật lý hàng ngày trong suốt cuộc đời mình.
Giả sử, ta xem xét câu hỏi về thế giới vật lý của các nguyên tử,
ví dụ như chuyển động của một electron
quanh hạt nhân của nguyên tử hydro sẽ trông như thế nào?
Liệu ta có thể trả lời câu hỏi đó dựa trên hiểu biết về Vật lý thường ngày?
Chắc chắn là không rồi. Tại sao vậy?
Bởi vì định luật vật lý chi phối hoạt động ở hệ thống vi mô
rất khác so với vật lý vĩ mô
mà ta nhìn thấy hàng ngày.
Thế giới thường ngày mà bạn biết và yêu mến
tuân theo những định luật của cơ học cổ điển.
Nhưng hệ thống ở cấp độ nguyên tử
lại hành xử dựa trên những định luật của cơ học lượng tử.
Thế giới lượng tử là một nơi vô cùng kì lạ.
Một minh họạ về sự kì lạ đó là thí nghiệm giả tưởng nổi tiếng:
Con mèo của Schrödinger.
Một nhà vật lý không thích mèo, đặt một con vào trong hộp,
cùng với một quả bom có xác xuất nổ là 50% sau khi đậy nắp.
Trừ khi mở nắp hộp ra, không có cách nào để biết
quả bom đó đã nổ hay chưa.
do đó, không có cách nào để biết con mèo còn sống hay đã chết.
Trong vật lý lượng tử, ta có thể nói rằng trước khi quan sát
con mèo ở trạng thái chồng chập
Không sống cũng chưa chết, mà đúng ra là tổng hợp xác xuất
với 50% cho mỗi trường hợp.
Tương tự những gì diễn ra với hệ vật lý lượng tử
như một electron chyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử hydro.
Thực chất, hạt electron không quay xung quanh
Nó xuất hiện cùng một lúc tại khắp nơi trong không gian
với xác xuất xuất hiện ở vùng này nhiều hơn so với vùng khác.
Chỉ sau khi định vị,
ta mới chỉ ra được nó đang ở đâu tại thời điểm đó.
Tương tự như việc ta không biết được con mèo còn sống hay đã chết
cho đến khi mở nắp hộp.
Điều này đưa ta đến một hiệu ứng kì lạ và đẹp đẽ
có tên gọi Liên Đới Lượng Tử
Giả sử, thay vì chỉ có một con mèo bên trong cái hộp
ta có hai con trong hai hộp khác nhau.
Kết quả của thí nghiệm Con mèo của Schrödinger cho ra bốn khả năng
Cả hai con mèo đều sống hoặc đều đã chết
hoặc một con còn sống, con còn lại đã chết và ngược lại.
Hệ hai con mèo một lần nữa ở trạng thái chồng chập
với xác xuất 25% thay vì 50% cho mỗi trường hợp.
Chính tại đây, điều thú vị là
cơ học lượng tử cho rằng có thể loại bỏ
trường hợp cả hai con mèo cùng sống hoặc cùng chết dựa trên trạng thái chồng chập.
Nói cách khác, có thể có một hệ hai con mèo,
sao cho kết quả sẽ luôn là một con còn sống, con còn lại đã chết.
Theo thuật ngữ chuyên môn thì đó là trạng thái liên đới của hai con mèo
Nhưng vẫn còn điều thực sự gây kinh ngạc về hiệu ứng liên đới lượng tử
Nếu bạn chuẩn bị hệ hai con mèo trong hộp ở trạng thái liên đới,
sau đó di chuyển những cái hộp tới hai đầu của vũ trụ
thí nghiệm sẽ luôn cho ra cùng một kết quả.
Một con mèo sẽ luôn sống và con còn lại luôn chết
mặc dù không thể thể xác định được con nào sống, con nào chết
trước khi đo đạc.
Sao mà như vậy được?
Bằng cách nào mà trạng thái của hai con mèo ở hai đầu vũ trụ
lại có thể liên đới theo cách này?
Chúng ở quá xa để có thể ảnh hưởng tới nhau.
Vậy làm thế nào hai quả bom lại luôn sắp xếp sao cho
một quả nổ, quả còn lại thì không?
Bạn có thể nghĩ rằng,
"Lý thuyết có vấn đề và rằng
Điều này không thể xảy ra trong thực tế."
Nhưng cuối cùng, liên đới lượng tử
cũng được khẳng định bằng quan sát thực nghiệm.
Hai hạt hạ nguyên tử liên đới ở trạng thái chồng chất,
nếu spin của vật thứ nhất quay xuống dưới,
spin của vật kia sẽ phải quay lên trên
cho dù không có cách nào
để truyền thông tin giữa hai vật,
cho thấy spin của một hạt tuân theo các định luật liên đới lượng tử.
Không có gì ngạc nhiên khi liên đới lượng tử là cốt lõi
của khoa học thông tin lượng tử,
một lĩnh vực đang phát triển nghiên cứu cách áp dụng định luật lượng tử
vào thế giới vĩ mô,
như mật mã lượng tử, cho phép gián điệp trao đổi thông tin một cách an toàn,
hay tính toán lượng tử, nhằm bẻ khoá mật mã.
Vật lý thường ngày thoạt nhìn có vẻ giống với thế giới lượng tử kỳ lạ.
Viễn tải lượng tử sẽ còn tiến xa hơn cho đến
một ngày nào đó, con mèo của bạn sẽ trốn tới một thiên hà an toàn hơn
nơi không có các nhà vật lý và những cái hộp.