Có thể có một cách để lén một đỉnh ở con mèo Schrödinger - thí nghiệm suy nghĩ dựa trên mèo nổi tiếng mô tả hành vi bí ẩn của các hạt hạ nguyên tử - mà không giết chết vĩnh viễn con vật (giả thuyết).
Con mèo tưởng tượng không may mắn đồng thời sống và chết trong một cái hộp, hoặc tồn tại trong sự chồng chất của trạng thái "chết" và "sống", giống như các hạt hạ nguyên tử tồn tại trong sự chồng chất của nhiều trạng thái cùng một lúc. Nhưng nhìn vào bên trong chiếc hộp sẽ thay đổi trạng thái của con mèo, sau đó trở nên sống hoặc chết.
Tuy nhiên, bây giờ, một nghiên cứu được công bố vào ngày 1 tháng 10 trên Tạp chí Vật lý mới mô tả một cách để có thể nhìn trộm con mèo mà không buộc nó phải sống hay chết. Khi làm như vậy, nó thúc đẩy sự hiểu biết của các nhà khoa học về một trong những nghịch lý cơ bản nhất trong vật lý.
Trong thế giới quy mô lớn, bình thường của chúng ta, nhìn vào một vật thể dường như không thay đổi nó. Nhưng phóng to đủ, và đó không phải là trường hợp.
"Chúng tôi thường nghĩ rằng cái giá chúng tôi phải trả cho việc tìm kiếm là không có gì", tác giả chính của nghiên cứu Holger F. Hofmann, phó giáo sư vật lý tại Đại học Hiroshima, Nhật Bản cho biết. "Điều đó không chính xác. Để nhìn, bạn phải có ánh sáng và ánh sáng thay đổi vật thể." Đó là bởi vì ngay cả một photon ánh sáng cũng truyền năng lượng từ hoặc đến vật thể bạn đang xem.
Hofmann và Kartik Patekar, lúc đó đang là sinh viên đại học tại Đại học Hiroshima và hiện đang ở Học viện Công nghệ Ấn Độ, đã tự hỏi liệu có cách nào để nhìn mà không "trả giá". Họ đã hạ cánh trên một khung toán học tách biệt sự tương tác ban đầu (nhìn vào con mèo) khỏi phần đọc (biết nó còn sống hay đã chết).
"Động lực chính của chúng tôi là xem xét rất kỹ cách thức đo lường lượng tử xảy ra", Hofmann nói. "Và điểm quan trọng là chúng tôi tách phép đo theo hai bước."
Bằng cách đó, Hoffman và Patekar có thể giả định rằng tất cả các photon liên quan đến tương tác ban đầu, hoặc nhìn trộm con mèo, được chụp mà không mất bất kỳ thông tin nào về trạng thái của con mèo. Vì vậy, trước khi đọc, mọi thứ cần biết về trạng thái của con mèo (và về cách nhìn nó đã thay đổi) vẫn có sẵn. Chỉ khi chúng ta đọc thông tin mà chúng ta mất một số thông tin.
Điều thú vị là quá trình đọc chọn một trong hai loại thông tin và xóa hoàn toàn loại kia, theo ông Hofmann.
Đây là cách họ mô tả công việc của họ về con mèo của Schrödinger. Giả sử con mèo vẫn còn trong hộp, nhưng thay vì nhìn vào bên trong để xác định xem con mèo còn sống hay đã chết, bạn đã đặt một chiếc máy ảnh bên ngoài chiếc hộp bằng cách nào đó có thể chụp ảnh bên trong nó (vì lợi ích của thí nghiệm suy nghĩ, bỏ qua thực tế là máy ảnh vật lý không thực sự hoạt động như vậy). Sau khi chụp ảnh, máy ảnh có hai loại thông tin: con mèo đã thay đổi như thế nào khi bức ảnh được chụp (cái mà các nhà nghiên cứu gọi là thẻ lượng tử) và liệu con mèo còn sống hay đã chết sau khi tương tác. Không có thông tin nào bị mất. Và tùy thuộc vào cách bạn chọn "phát triển" hình ảnh, bạn lấy một hoặc một phần thông tin khác.
Hãy nghĩ về một đồng xu lật, Hofmann nói với Live Science. Bạn có thể chọn để biết nếu một đồng xu đã được lật hoặc nếu nó hiện đang đứng đầu hoặc đuôi. Nhưng bạn không thể biết cả hai. Hơn nữa, nếu bạn biết hệ thống lượng tử đã thay đổi như thế nào và nếu thay đổi đó có thể đảo ngược, thì có thể khôi phục trạng thái ban đầu. (Trong trường hợp của đồng tiền, bạn sẽ lật nó lại.)
"Bạn luôn phải làm phiền hệ thống trước, nhưng đôi khi bạn có thể hoàn tác nó," Hofmann nói. Về mặt con mèo, điều đó có nghĩa là chụp ảnh, nhưng thay vì phát triển nó để nhìn rõ con mèo, phát triển nó theo cách để khôi phục con mèo trở lại trạng thái limbo đã chết.
Điều quan trọng, sự lựa chọn đọc ra đi kèm với sự đánh đổi giữa độ phân giải của phép đo và nhiễu của nó, chính xác như nhau, bài báo chứng minh. Độ phân giải đề cập đến lượng thông tin được trích xuất từ hệ thống lượng tử và sự xáo trộn liên quan đến mức độ hệ thống bị thay đổi không thể đảo ngược. Nói cách khác, bạn càng biết nhiều về tình trạng hiện tại của con mèo, bạn càng thay đổi nó một cách đáng kinh ngạc.
"Điều tôi thấy đáng ngạc nhiên là khả năng hoàn tác nhiễu có liên quan trực tiếp đến lượng thông tin bạn nhận được về số lượng có thể quan sát được, hay số lượng vật lý mà chúng đo được, Hofmann nói. Toán học khá chính xác ở đây."
Mặc dù công việc trước đây đã chỉ ra sự đánh đổi giữa độ phân giải và nhiễu trong phép đo lượng tử, bài viết này là lần đầu tiên định lượng mối quan hệ chính xác, Michael Hall, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Quốc gia Úc, nói với Live Science trong email.
"Theo như tôi biết, không có kết quả nào trước đây có dạng bình đẳng chính xác liên quan đến giải quyết và xáo trộn", Hall, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết. "Điều này làm cho cách tiếp cận trong bài báo rất gọn gàng."
