Năm 1935, Albert Einstein và Erwin Schrödinger, hai trong số những nhà vật lý lỗi lạc nhất thời đó, đã tranh cãi về bản chất của thực tế.

Einstein đã làm phép tính và biết rằng vũ trụ phải có tính cục bộ, nghĩa là không có sự kiện nào ở một địa điểm có thể ảnh hưởng ngay lập tức đến một địa điểm ở xa. Nhưng Schrödinger đã thực hiện phép toán của riêng mình, và ông biết rằng cốt lõi của cơ học lượng tử có một mối liên hệ kỳ lạ mà ông gọi là “sự vướng víu”, có vẻ như mâu thuẫn với giả định thông thường của Einstein về tính định xứ.

Khi hai hạt trở nên vướng víu, điều có thể xảy ra khi chúng va chạm, số phận của chúng sẽ gắn kết với nhau. Ví dụ, đo hướng của một hạt và bạn có thể biết rằng đối tác vướng víu của nó (nếu và khi nó được đo) sẽ hướng theo hướng ngược lại, bất kể vị trí của nó. Do đó, một phép đo ở Bắc Kinh có thể dường như ảnh hưởng ngay lập tức đến một thí nghiệm ở Brooklyn, rõ ràng là vi phạm chỉ dụ của Einstein rằng không có ảnh hưởng nào có thể truyền nhanh hơn ánh sáng.

Einstein không thích phạm vi của sự vướng víu (mà sau này ông gọi là "ma quái") và chỉ trích lý thuyết mới ra đời của cơ học lượng tử là nhất thiết phải chưa hoàn chỉnh. Đến lượt Schrödinger lại bảo vệ lý thuyết mà ông đã giúp đi tiên phong. Nhưng ông thông cảm với việc Einstein chán ghét sự vướng víu. Ông thừa nhận rằng cách nó dường như cho phép một người thử nghiệm “điều khiển” một thử nghiệm mà lẽ ra không thể tiếp cận được là “khá khó chịu".

Kể từ đó, các nhà vật lý phần lớn đã rũ bỏ được sự khó chịu đó. Bây giờ họ đã hiểu điều mà Einstein, và có lẽ chính Schrödinger, đã bỏ qua - sự vướng víu đó không có ảnh hưởng gì xa vời. Nó không có khả năng mang lại một kết quả cụ thể từ xa; nó chỉ có thể phân phối kiến ​​thức về kết quả đó. Các thí nghiệm vướng víu, chẳng hạn như những thí nghiệm đã thắng giải Giải Nobel 2022, bây giờ đã phát triển thói quen.

Trong vài năm gần đây, một loạt nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã khám phá ra một khía cạnh mới lạ lùng của hiện tượng này – một hiện tượng không xuất hiện theo cặp mà xuất hiện theo từng chùm hạt. Sự vướng víu lan truyền một cách tự nhiên qua một nhóm các hạt, thiết lập một mạng lưới phức tạp của các tình huống ngẫu nhiên. Nhưng nếu bạn đo các hạt đủ thường xuyên, phá hủy sự vướng víu trong quá trình đó, bạn có thể ngăn mạng hình thành. Năm 2018, ba nhóm nhà lý thuyết đã chỉ ra rằng hai trạng thái này – có màng hoặc không có màng – gợi nhớ đến các trạng thái quen thuộc của vật chất như chất lỏng và chất rắn. Nhưng thay vì đánh dấu sự chuyển đổi giữa các cấu trúc vật chất khác nhau, sự chuyển đổi giữa mạng lưới và không có mạng lưới cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc thông tin.

“Đây là một giai đoạn chuyển tiếp về thông tin,” nói Brian Skinner của Đại học bang Ohio, một trong những nhà vật lý đầu tiên xác định được hiện tượng này. “Đó là nơi các đặc tính của thông tin - cách thông tin được chia sẻ giữa mọi thứ - trải qua một sự thay đổi rất đột ngột.”

Gần đây hơn, một bộ ba nhóm riêng biệt đã cố gắng quan sát quá trình chuyển pha đó đang diễn ra. Họ đã thực hiện một loạt siêu thí nghiệm để đo lường mức độ ảnh hưởng của các phép đo đến luồng thông tin. Trong những thí nghiệm này, họ đã sử dụng máy tính lượng tử để xác nhận rằng có thể đạt được sự cân bằng tinh tế giữa các tác động cạnh tranh của sự vướng víu và phép đo. Khám phá về quá trình chuyển đổi đã khởi động một làn sóng nghiên cứu về những gì có thể xảy ra khi sự vướng víu và phép đo va chạm nhau.

Sự vướng víu “có thể có rất nhiều tính chất khác nhau vượt xa những gì chúng ta từng tưởng tượng,” nói Jediiah Pixley, một nhà lý thuyết vật chất ngưng tụ tại Đại học Rutgers, người đã nghiên cứu các biến thể của quá trình chuyển đổi.

Một món tráng miệng vướng víu

Một trong những sự hợp tác tình cờ gặp phải quá trình chuyển đổi vướng víu được sinh ra từ món bánh pudding kẹo bơ cứng dính tại một nhà hàng ở Oxford, Anh. Vào tháng 2018 năm XNUMX, Skinner đến thăm người bạn Adam Nahum, một nhà vật lý hiện đang làm việc tại École Normale Supérieure ở Paris. Trong suốt cuộc trò chuyện sôi nổi, họ thấy mình đang tranh luận về một câu hỏi cơ bản liên quan đến sự vướng mắc và thông tin.

Đầu tiên, tua lại một chút. Để hiểu sự vướng víu có liên quan gì đến thông tin, hãy tưởng tượng một cặp hạt A và B, mỗi hạt có một spin có thể đo được khi hướng lên hoặc hướng xuống. Mỗi hạt bắt đầu ở trạng thái chồng chất lượng tử lên và xuống, nghĩa là phép đo tạo ra một kết quả ngẫu nhiên – lên hoặc xuống. Nếu các hạt không bị vướng víu, việc đo chúng giống như tung hai đồng xu: Một mặt ngửa không cho bạn biết điều gì sẽ xảy ra với đồng kia.

Nhưng nếu các hạt bị vướng víu thì hai kết quả sẽ có liên quan với nhau. Ví dụ: nếu bạn thấy B hướng lên trên thì số đo của A sẽ thấy nó hướng xuống dưới. Cặp đôi này có chung một “sự đối lập” không nằm ở một trong hai thành viên mà ở giữa họ - một chút gì đó không định xứ khiến Einstein và Schrödinger lo lắng. Một hệ quả của sự đối nghịch này là bằng cách chỉ đo một hạt, bạn sẽ biết được hạt kia. Skinner nói: “Việc đo B trước tiên đã cho tôi một số thông tin về A. “Điều đó làm giảm sự hiểu biết của tôi về trạng thái của A.”

Việc phép đo B làm giảm sự hiểu biết của bạn về A đến mức nào được gọi là entropy vướng víu, và giống như bất kỳ loại thông tin nào, nó được tính bằng bit. Entropy vướng víu là cách chính mà các nhà vật lý định lượng sự vướng víu giữa hai vật thể, hay nói cách khác, lượng thông tin về một vật thể được lưu trữ phi cục bộ trong vật thể kia. Không có entropy vướng víu có nghĩa là không có vướng víu; phép đo B không tiết lộ gì về A. Entropy vướng víu cao có nghĩa là có nhiều vướng víu; việc đo B dạy cho bạn rất nhiều điều về A.

Sau món tráng miệng, Skinner và Nahum đã tiến thêm hai bước suy nghĩ này. Đầu tiên, họ mở rộng cặp hạt thành một chuỗi miễn là người ta có thể tưởng tượng được. Họ biết rằng theo phương trình cùng tên của Schrödinger, cơ học lượng tử tương tự như F = ma, sự vướng víu sẽ nhảy từ hạt này sang hạt khác giống như bệnh cúm. Họ cũng biết rằng họ có thể tính toán mức độ vướng víu hoàn toàn theo cách tương tự: Dán nhãn một nửa chuỗi A và nửa còn lại là B; nếu entropy vướng víu cao thì hai nửa có độ vướng víu cao. Đo một nửa số vòng quay sẽ cho bạn ý tưởng hay về những gì sẽ xảy ra khi bạn đo nửa còn lại.

Tiếp theo, họ chuyển đo lường từ cuối quá trình - khi chuỗi hạt đã đạt đến một trạng thái lượng tử cụ thể - đến giữa hành động, trong khi sự vướng víu đang lan rộng. Làm như vậy sẽ tạo ra xung đột vì đo lường là kẻ thù truyền kiếp của sự vướng víu. Không bị ảnh hưởng, trạng thái lượng tử của một nhóm hạt phản ánh tất cả các kết hợp thăng trầm có thể có mà bạn có thể nhận được khi đo các hạt đó. Nhưng phép đo làm sụp đổ một trạng thái lượng tử và phá hủy mọi sự vướng víu mà nó chứa đựng. Bạn nhận được những gì bạn nhận được, và mọi khả năng thay thế đều biến mất.

Nahum hỏi Skinner câu hỏi sau: Điều gì sẽ xảy ra nếu, trong khi sự vướng víu đang trong quá trình lan rộng, bạn đo được một số spin chỗ này chỗ kia? Việc liên tục đo lường tất cả sẽ dập tắt mọi vướng mắc một cách nhàm chán. Nhưng nếu bạn thỉnh thoảng đo chỉ một vài vòng quay thì hiện tượng nào sẽ chiếm ưu thế? Sự vướng víu hay sự đo lường?

Skinner, nói một cách ngẫu hứng, lập luận rằng phép đo sẽ giải quyết được sự vướng víu. Sự vướng víu lan truyền một cách lờ đờ từ hàng xóm này sang hàng xóm khác, nên nó chỉ phát triển tối đa vài hạt mỗi lần. Nhưng một vòng đo có thể tác động đồng thời vào nhiều hạt trong chuỗi dài, loại bỏ sự vướng víu ở vô số vị trí. Nếu họ xem xét kịch bản kỳ lạ đó, nhiều nhà vật lý có thể đã đồng ý rằng sự vướng víu sẽ không phù hợp với phép đo.

“Có một số loại văn hóa dân gian,” nói Ehud Altman, một nhà vật lý vật chất ngưng tụ tại Đại học California, Berkeley, rằng “các trạng thái rất vướng víu thì rất mong manh”.

Nhưng Nahum, người đã nghiền ngẫm câu hỏi này từ năm trước, lại tin khác. Anh hình dung sợi dây kéo dài đến tương lai, từng khoảnh khắc, tạo thành một loại hàng rào mắt xích. Các nút là các hạt và các kết nối giữa chúng đại diện cho các liên kết mà qua đó sự vướng víu có thể hình thành. Các phép đo đã cắt bớt các liên kết ở các vị trí ngẫu nhiên. Cắt đủ liên kết, và hàng rào sẽ sụp đổ. Sự vướng víu không thể lan rộng. Nhưng cho đến thời điểm đó, Nahum lập luận, ngay cả một hàng rào hơi rách nát cũng có thể cho phép sự vướng víu lan rộng ra xa.

Nahum đã tìm cách biến một bài toán về sự xuất hiện lượng tử phù du thành một câu hỏi cụ thể về một hàng rào mắt xích. Đó tình cờ lại là một vấn đề được nghiên cứu kỹ lưỡng trong một số vòng tròn nhất định - "lưới điện trở bị phá hoại" - và là vấn đề mà Skinner đã nghiên cứu trong lớp vật lý đại học đầu tiên của mình, khi giáo sư của anh ấy giới thiệu nó trong một lần lạc đề.

Skinner nói: “Đó là lúc tôi thực sự phấn khích. “Không có cách nào khiến một nhà vật lý hạnh phúc hơn việc chỉ ra rằng một bài toán trông có vẻ khó thực ra lại tương đương với một bài toán mà bạn đã biết cách giải.”

Theo dõi vướng víu

Nhưng trò đùa tráng miệng của họ chỉ có thế: trò đùa. Để kiểm tra và phát triển những ý tưởng này một cách nghiêm ngặt, Skinner và Nahum đã hợp tác với cộng tác viên thứ ba, Jonathan Ruhman tại Đại học Bar-Ilan ở Israel. Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng kỹ thuật số tác động của việc cắt các liên kết ở các tốc độ khác nhau trong hàng rào liên kết chuỗi. Sau đó, họ so sánh những mô phỏng lưới cổ điển này với những mô phỏng chính xác hơn nhưng đầy thách thức hơn về các hạt lượng tử thực để đảm bảo sự tương tự được giữ đúng. Họ đang tiến bộ một cách nhàn nhã nhưng ổn định.

Sau đó, vào mùa hè năm 2018, họ biết được rằng họ không phải là nhóm duy nhất nghĩ về các phép đo và sự vướng víu.

Matthew Fisher, một nhà vật lý vật chất ngưng tụ nổi tiếng tại Đại học California, Santa Barbara, đã tự hỏi liệu sự vướng víu giữa các phân tử trong não có thể đóng một vai trò nào đó trong cách chúng ta suy nghĩ hay không. Trong mô hình mà ông và các cộng sự đang phát triển, một số phân tử nhất định đôi khi liên kết với nhau theo cách hoạt động giống như một phép đo và loại bỏ sự vướng víu. Sau đó, các phân tử liên kết thay đổi hình dạng theo cách có thể tạo ra sự vướng víu. Fisher cần biết liệu sự vướng víu có thể phát triển dưới áp lực của các phép đo gián đoạn hay không – chính là câu hỏi mà Nahum đang xem xét.

“Nó mới,” Fisher nói. “Không ai từng xem xét điều này trước năm 2018.”

Để thể hiện sự hợp tác học thuật, hai nhóm đã phối hợp các công bố nghiên cứu của họ với nhau và với nhóm thứ ba nghiên cứu cùng một vấn đề, do Graeme Smith thuộc Đại học Colorado, Boulder dẫn đầu.

Skinner nói: “Nó đã tạo nên một cơn sốt khi tất cả chúng tôi làm việc song song để đăng các bài báo của mình cùng một lúc.

Tháng XNUMX năm đó, tất cả các số ba các nhóm công bố kết quả của họ. Đội của Smith ban đầu mâu thuẫn với hai đội còn lại, cả hai đều ủng hộ lý luận lấy cảm hứng từ hàng rào của Nahum: Lúc đầu, sự vướng víu vượt xa tốc độ đo khiêm tốn để lan truyền trên một chuỗi hạt, mang lại entropy vướng víu cao. Sau đó, khi các nhà nghiên cứu tăng cường các phép đo vượt quá tốc độ “ tới hạn”, sự vướng víu sẽ dừng lại – entropy vướng víu sẽ giảm xuống.

Sự chuyển đổi dường như đã tồn tại, nhưng mọi người không hoàn toàn rõ ràng rằng lập luận trực quan - rằng sự vướng víu giữa hàng xóm với hàng xóm sẽ bị xóa sổ bởi những tia sét lan rộng trong phép đo - đã sai.

Trong những tháng tiếp theo, Altman và các cộng sự của ông tại Berkeley đã tìm thấy một lỗ hổng tinh vi trong lý luận này. “Nó không tính đến [sự lan truyền] thông tin,” Altman nói.

Nhóm của Altman chỉ ra rằng không phải tất cả các phép đo đều mang tính thông tin cao và do đó có hiệu quả cao trong việc phá bỏ sự vướng víu. Điều này là do các tương tác ngẫu nhiên giữa các hạt của chuỗi không chỉ làm vướng víu. Altman cho biết, chúng cũng làm phức tạp thêm trạng thái của chuỗi theo thời gian, lan truyền thông tin của nó một cách hiệu quả “như một đám mây”. Cuối cùng, mỗi hạt biết về toàn bộ chuỗi, nhưng lượng thông tin mà nó có được rất nhỏ. Và vì vậy, ông nói, “lượng vướng víu mà bạn có thể phá hủy [với mỗi phép đo] nhỏ đến mức nực cười”.

Vào tháng 2019 năm XNUMX, nhóm của Altman đã đăng một bản in trước mô tả chi tiết cách chuỗi che giấu thông tin khỏi các phép đo một cách hiệu quả và cho phép phần lớn sự vướng víu của chuỗi thoát khỏi sự tàn phá. Cùng lúc đó, nhóm của Smith đã cập nhật những phát hiện của họ, khiến cả bốn nhóm đều nhất trí.

Câu trả lời cho câu hỏi của Na-hum rất rõ ràng. Về mặt lý thuyết, có thể thực hiện được “sự chuyển pha do đo lường gây ra”. Nhưng không giống như sự chuyển đổi pha hữu hình, chẳng hạn như nước cứng lại thành băng, đây là sự chuyển đổi giữa các pha thông tin - một trong đó thông tin vẫn được phân tán một cách an toàn giữa các hạt và một trong đó nó bị phá hủy thông qua các phép đo lặp đi lặp lại.

Skinner nói, đó chính là điều bạn mơ ước làm được trong vật chất ngưng tụ – tìm ra sự chuyển tiếp giữa các trạng thái khác nhau. “Bây giờ bạn đang cân nhắc,” anh ấy tiếp tục, “bạn thấy nó như thế nào?”

Trong bốn năm tiếp theo, ba nhóm thí nghiệm sẽ phát hiện ra các dấu hiệu của luồng thông tin riêng biệt.

Ba cách để nhìn thấy cái vô hình

Ngay cả thí nghiệm đơn giản nhất có thể xác định được quá trình chuyển đổi vô hình cũng cực kỳ khó khăn. “Ở mức độ thực tế, điều đó dường như là không thể,” Altman nói.

Mục tiêu là đặt ra một tốc độ đo nhất định (hãy nghĩ là hiếm, trung bình hoặc thường xuyên), để các phép đo đó loại bỏ sự vướng víu một chút và xem bạn kết thúc với mức độ entropy vướng víu ở trạng thái cuối cùng. Sau đó rửa sạch và lặp lại với các tốc độ đo khác và xem mức độ vướng víu thay đổi như thế nào. Nó hơi giống việc tăng nhiệt độ lên để xem cấu trúc của một khối nước đá thay đổi như thế nào.

Nhưng phép toán khắc nghiệt về khả năng sinh sôi nảy nở theo cấp số nhân khiến cho thí nghiệm này gần như khó thực hiện được.

Nói đúng ra, entropy vướng víu không phải là thứ bạn có thể quan sát được. Đó là một con số mà bạn suy ra thông qua việc lặp lại, theo cách mà cuối cùng bạn có thể vạch ra trọng lượng của một con xúc xắc đã được nạp. Lăn một con số 3 không cho bạn biết điều gì. Nhưng sau khi tung xúc xắc hàng trăm lần, bạn có thể biết được khả năng nhận được từng số. Tương tự như vậy, việc tìm một hạt hướng lên và một hạt khác hướng xuống không có nghĩa là chúng bị vướng víu. Bạn sẽ phải nhận được kết quả ngược lại nhiều lần để chắc chắn.

Việc suy ra entropy vướng víu của một chuỗi hạt được đo khó hơn rất nhiều. Trạng thái cuối cùng của chuỗi phụ thuộc vào lịch sử thử nghiệm của nó - mỗi phép đo trung gian xuất hiện spin lên hay spin xuống. Đó là những khúc mắc của số phận nằm ngoài tầm kiểm soát của người thử nghiệm, vì vậy, để tích lũy nhiều bản sao của cùng một trạng thái, người thử nghiệm cần lặp đi lặp lại thử nghiệm cho đến khi họ nhận được cùng một chuỗi các phép đo trung gian - chẳng hạn như tung đồng xu liên tục cho đến khi bạn nhận được một bó. đầu liên tiếp. Mỗi phép đo bổ sung làm cho nỗ lực khó gấp đôi. Ví dụ: nếu bạn thực hiện 10 phép đo trong khi chuẩn bị một chuỗi hạt, bạn sẽ cần thực hiện thêm 2 phép đo nữa.¹⁰ hoặc 1,024 thí nghiệm để có được trạng thái cuối cùng tương tự lần thứ hai (và bạn có thể cần thêm 1,000 bản sao của trạng thái đó để xác định entropy vướng víu của nó). Sau đó, bạn sẽ phải thay đổi tốc độ đo và bắt đầu lại.

Khó khăn cực độ trong việc cảm nhận sự chuyển pha đã khiến một số nhà vật lý tự hỏi liệu nó có thật hay không, theo ý nghĩa ý nghĩa nào đó.

“Bạn đang dựa vào thứ gì đó khó có thể nhìn thấy được theo cấp số nhân,” nói Pha lê Noel, một nhà vật lý tại Đại học Duke. “Vì vậy, nó đặt ra câu hỏi về mặt vật lý nó có ý nghĩa gì?”

Noel đã dành gần hai năm để suy nghĩ về các giai đoạn do đo lường gây ra. Cô là thành viên của nhóm nghiên cứu máy tính lượng tử ion bị bẫy mới tại Đại học Maryland. Bộ xử lý chứa qubit, vật thể lượng tử hoạt động giống như các hạt. Chúng có thể được lập trình để tạo ra sự vướng víu thông qua các tương tác ngẫu nhiên. Và thiết bị có thể đo qubit của nó.

Năm 2019, Noel và các đồng nghiệp bắt đầu hợp tác với hai nhà lý thuyết đã đưa ra một cách dễ dàng hơn về việc làm thí nghiệm. Họ đã tìm ra cách dành riêng một qubit, giống như một con chim hoàng yến trong mỏ than, có thể đóng vai trò là tín hiệu cho trạng thái của toàn bộ chuỗi.

Nhóm cũng sử dụng thủ thuật thứ hai để giảm số lần lặp lại - một quy trình kỹ thuật nhằm mô phỏng thử nghiệm bằng kỹ thuật số song song với việc thực hiện nó. Bằng cách đó, họ biết điều gì sẽ xảy ra. Nó giống như được thông báo trước về trọng lượng của khuôn được nạp và nó làm giảm số lần chạy thử nghiệm cần thiết để tìm ra cấu trúc vướng víu vô hình.

Với hai thủ thuật đó, họ có thể phát hiện quá trình chuyển đổi vướng víu trong chuỗi dài 13 qubit và họ đã đăng kết quả của họ vào mùa hè của 2021.

“Chúng tôi rất ngạc nhiên,” Nahum nói. “Chắc chắn là tôi không nghĩ chuyện đó lại xảy ra sớm như vậy.”

Nahum hay Noel không hề hay biết, việc thực hiện đầy đủ phiên bản thử nghiệm ban đầu, khó khăn hơn theo cấp số nhân - không có thủ thuật hay cảnh báo nào - đã được tiến hành.

Vào khoảng thời gian đó, IBM vừa nâng cấp các máy tính lượng tử của mình, mang lại cho chúng khả năng thực hiện các phép đo qubit tương đối nhanh chóng và đáng tin cậy một cách nhanh chóng. Và Jin Ming Koh, một sinh viên đại học vào thời điểm đó tại Viện Công nghệ California, đã thuyết trình nội bộ với các nhà nghiên cứu của IBM và thuyết phục họ hỗ trợ thực hiện một dự án có thể đẩy tính năng mới đến giới hạn của nó. Dưới sự giám sát của Austin Trinich, một nhà vật lý ứng dụng tại Caltech, nhóm nghiên cứu đã trực tiếp phát hiện sự chuyển pha trong một nỗ lực mà Skinner gọi là “anh hùng”.

Sau khi xin lời khuyên từ nhóm của Noel, nhóm chỉ cần tung con xúc xắc ẩn dụ đủ số lần để xác định cấu trúc vướng víu của mọi lịch sử đo lường có thể có đối với các chuỗi lên tới 14 qubit. Họ phát hiện ra rằng khi hiếm các phép đo, entropy vướng víu tăng gấp đôi khi họ nhân đôi số lượng qubit – một dấu hiệu rõ ràng về sự vướng víu lấp đầy chuỗi. Các chuỗi dài nhất (bao gồm nhiều phép đo hơn) yêu cầu hơn 1.5 triệu lượt chạy trên các thiết bị của IBM và tổng cộng các bộ xử lý của công ty đã chạy được bảy tháng. Đó là một trong những nhiệm vụ đòi hỏi nhiều tính toán nhất từng được hoàn thành bằng máy tính lượng tử.

Nhóm của Minnich đã đăng hiện thực hóa của hai giai đoạn vào tháng 2022 năm XNUMX, và nó làm dịu đi mọi nghi ngờ còn sót lại rằng hiện tượng này có thể đo lường được.

Noel nói: “Họ thực sự chỉ làm điều này bằng vũ lực và chứng minh rằng “đối với quy mô hệ thống nhỏ, điều đó có thể thực hiện được”.

Gần đây, một nhóm các nhà vật lý đã cộng tác với Google để tiến xa hơn nữa, nghiên cứu một chuỗi tương đương dài gần gấp đôi hai chuỗi trước đó. Vedika Khemani của Đại học Stanford và Matteo Ippoliti, hiện làm việc tại Đại học Texas, Austin, đã sử dụng bộ xử lý lượng tử của Google vào năm 2021 để tạo ra một tinh thể thời gian, giống như các pha của sự vướng víu lan rộng, là một pha kỳ lạ tồn tại trong một hệ đang thay đổi.

Làm việc với một nhóm lớn các nhà nghiên cứu, cặp đôi này đã sử dụng hai thủ thuật do nhóm của Noel phát triển và thêm vào một thành phần mới: thời gian. Phương trình Schrödinger liên kết quá khứ của hạt với tương lai của nó, nhưng phép đo cắt đứt mối liên hệ đó. Hoặc, như Khemani đã nói, “một khi bạn đưa số đo vào một hệ thống, mũi tên thời gian này sẽ hoàn toàn bị phá hủy”.

Không cần có một mũi tên thời gian rõ ràng, nhóm đã có thể định hướng lại hàng rào liên kết chuỗi của Nahum để cho phép họ truy cập vào các qubit khác nhau vào những thời điểm khác nhau mà họ đã sử dụng theo những cách có lợi. Trong số các kết quả khác, họ đã tìm thấy sự chuyển pha trong một hệ thống tương đương với chuỗi khoảng 24 qubit mà họ đã mô tả trong một Bản in tháng ba.

Công suất đo

Cuộc tranh luận của Skinner và Nahum về bánh pudding, cùng với công trình của Fisher và Smith, đã tạo ra một lĩnh vực con mới giữa các nhà vật lý quan tâm đến phép đo, thông tin và sự vướng víu. Trọng tâm của các hướng nghiên cứu khác nhau là sự đánh giá ngày càng tăng rằng các phép đo có tác dụng nhiều hơn là chỉ thu thập thông tin. Chúng là những sự kiện vật lý có thể tạo ra những hiện tượng thực sự mới.

Fisher nói: “Các phép đo không phải là thứ mà các nhà vật lý vật chất cô đặc từng nghĩ tới trong lịch sử”. Ông tiếp tục, chúng tôi thực hiện các phép đo để thu thập thông tin khi kết thúc thí nghiệm, nhưng không thực sự thao túng một hệ thống.

Đặc biệt, các phép đo có thể tạo ra những kết quả bất thường vì chúng có thể có cùng một loại mùi vị ở mọi nơi cùng một lúc mà Einstein từng gặp rắc rối. Tại thời điểm đo, các khả năng thay thế có trong trạng thái lượng tử biến mất, không bao giờ được nhận ra, kể cả những khả năng liên quan đến những điểm xa xôi trong vũ trụ. Mặc dù tính phi định xứ của cơ học lượng tử không cho phép truyền nhanh hơn ánh sáng như Einstein lo sợ, nhưng nó lại tạo ra những kỳ tích đáng ngạc nhiên khác.

Altman nói: “Mọi người bị hấp dẫn bởi loại hiện tượng tập thể mới nào có thể được tạo ra bởi những hiệu ứng phi cục bộ của các phép đo này”.

Ví dụ, việc làm vướng víu một tập hợp nhiều hạt, từ lâu, đã được cho là cần ít nhất nhiều bước bằng số lượng hạt mà bạn mong muốn làm vướng víu. Nhưng mùa đông năm ngoái các nhà lý thuyết đã trình bày chi tiết một cách để thực hiện nó với ít bước hơn bằng cách sử dụng các phép đo hợp lý. Đầu năm nay, chính nhóm đó đã đưa ý tưởng này vào thực tế và tạo ra một tấm thảm rối chứa các hạt huyền thoại có khả năng nhớ về quá khứ của họ. Các đội khác đang tìm kiếm những cách khác để có thể sử dụng phép đo để làm tăng thêm trạng thái vướng víu của vật chất lượng tử.

Sự bùng nổ của sự quan tâm là một điều hoàn toàn bất ngờ đối với Skinner, người vừa mới tới Bắc Kinh để nhận giải thưởng cho công việc của ông tại Đại lễ đường Nhân dân ở Quảng trường Thiên An Môn. (Đội của Fisher cũng được vinh danh.) Skinner ban đầu tin rằng câu hỏi của Nahum hoàn toàn là một bài tập tinh thần, nhưng ngày nay anh không chắc mọi chuyện sẽ đi đến đâu.

“Tôi nghĩ đó chỉ là một trò chơi thú vị mà chúng tôi đang chơi,” anh ấy nói, “nhưng tôi không còn sẵn sàng bỏ tiền ra vì ý tưởng rằng nó không hữu ích nữa”.

Ghi chú của biên tập viên: Jedediah Pixley nhận được tài trợ từ Quỹ Simons, cũng tài trợ cho tạp chí độc lập về mặt biên tập này. Các quyết định tài trợ của Quỹ Simons không ảnh hưởng đến phạm vi bảo hiểm của chúng tôi. Thêm chi tiết là sẵn đây.