Sự giao thoa lượng tử trên khoảng cách thiên văn

Các nhà nghiên cứu đã chứng kiến sự giao thoa và liên đới (vướng víu) lượng tử giữa các photon đến từ những nguồn ở xa nhau tận 150 triệu km – Mặt Trời và một chấm lượng tử trong phòng thí nghiệm của họ.

Hồi năm 1987, một thí nghiệm nổi bật đã chứng minh một hiệu ứng quang lượng tử lạ kì: Khi hai photon y hệt nhau đồng thời đi vào một bộ tách chùm tia, sự giao thoa lượng tử buộc cả hai hạt chụm lại với nhau và luôn ló ra từ cùng một cổng của bộ tách chùm tia. Các biến thể sau đó của thí nghiệm đã kiểm tra nhiều bố trí đa dạng cho thấy các photon đến những nguồn ở xa nhau có thể biểu hiện sự giao thoa lượng tử. Nay một đội nghiên cứu vừa khai thác ánh sáng Mặt Trời để chứng minh sự giao thoa lượng tử giữa các photon ở xa nhau tận 150 triệu km, đặt nền tảng cho các thí nghiệm quang lượng tử trên cấp độ thiên văn.

Cái gọi là các thí nghiệm Hong-Ou-Mandel này dựa trên các dụng cụ phát ra các photon độc thân, y hệt nhau, theo yêu cầu. Tuy nhiên, Mặt Trời lại phát ra các photon trên một phạm vi rộng tần số và phân cực và với thời gian đến không kiểm soát được. Để biến nó thành một nguồn photon độc thân, Chao-Yang Lu, tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Hoa ở Thượng Hải, cùng các đồng sự đã bố trí một kính thiên văn mặt trời với một dải sợi quang, bộ lọc, và cách tử được thiết kế để nhả ra các photon khớp với các photon được tạo ra bởi một chất lượng tử bán dẫn trong phòng lab của họ. Khi họ kết hợp hai chùm photon vào một bộ tách chùm tia, họ tìm thấy khi các photon tới đồng thời nhau thì trong 90% thời gian chúng ló ra ở cùng một cổng.

Quan sát này chứng tỏ sự giao thoa trên mức và vượt quá trông đợi từ vật lí cổ điển – cho thấy ánh sáng nhiệt từ một nguồn thiên nhiên có thể dùng được trong các thí nghiệm quang lượng tử. Đội nghiên cứu còn tạo ra các trạng thái liên đới [vướng víu] giữa các photon đến từ hai nguồn ở xa nhau ấy và chứng minh rằng các trạng thái như thế rõ ràng vi phạm bất đẳng thức Bell, một phép thử cho thấy rõ sự tương liên phi định xứ giữa các hạt. Các kết quả cho thấy ánh sáng Mặt Trời có thể dùng làm một nguồn sáng độc lập trong các sơ đồ mã hóa lượng tử nhất định.

Nghiên cứu này công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: APS Physics