Một vòng quay - Kỳ cuối

Dịch bởi Võ Đức Huy

(Nguồn internet)

Xoay hai vòng

Trong số những tính chất phản trực giác của electron là nó có spin một phần hai. Đây là cách nói toán học để chỉ việc nếu bạn xoay electron 360 độ, nó sẽ không giống như lúc đầu! Không có điều tương tự trong đời sống hằng ngày - chúng ta đã quen với việc xoay mọi vật 360 độ và chúng quay lại như lúc đầu. Với một electron, bạn phải xoay nó 360 độ thêm một lần nữa để đưa về trạng thái ban đầu.

Khi bạn xoay một electron 360 độ, có điều gì đó phức tạp hơn là việc chúng trông như cũ. Có một dạng bậc tự do gắn với spin, và chúng cũng bị thay đổi. Điều xảy ra với spin một phần hai là chúng không quay lại nguyên trạng mà quay lại đối của trạng thái ban đầu. Vậy nếu bạn xoay 360 độ bạn không quay lại vị trí ban đầu mà ở vị trí đối lại hoàn toàn theo nghĩa bậc tự do gán cho spin. Bạn phải xoay thêm 360 độ nữa để quay lại nguyên trạng.

Một bước nhảy vọt cho máy tính

Một máy tính thông thường đương nhiên là một thiết bị điện tử, nghĩa là chúng sử dụng các electron. Nhưng những bit thông tin bạn đang điều khiển bằng những công cụ này là những số thông thường, được biểu diễn dưới dạng nhị phân. Thông tin được lưu dưới dạng một dãy những chữ số 0 và 1. Đây là thông tin cổ điển, cái mà chúng ta đã quen thuộc.

Trong một máy tính lượng tử, cái bạn muốn làm là sử dụng thông tin lượng tử. Trong thí nghiệm Stern-Gerlach, khi electron đi qua từ trường và hoặc nhận spin up hoặc spin down và đi vào một trong hai vị trí. Nhưng đó là một ví dụ của quá trình cơ học lượng tử, vì khi bạn đưa vào một electron cho trước, nói chung nó sẽ không có spin up hay down, mà ở một trạng thái khác, gọi là sự chồng chập giữa up và down. Khi electron được đưa qua dụng cụ đo, bằng cách nào đó nó chọn lấy một spin. Nhưng trạng thái ban đầu của một electron trước khi tạo ra lựa chọn thì phức tạp hơn “up” và “down” rất nhiều. Gọi “up” hay “down” cũng như gọi “0” hay “1”.

Một dãy electron trong dạng chồng chập vừa nói cho ta một dạng thông tin tinh tế hơn dãy nhị phân- và đó gọi là thông tin lượng tử. Nếu có thể điều khiển electron nhưng tránh làm chúng phải lựa chọn spin, ta có thể quản lý nhiều thông tin hơn so với trong máy tính bình thường- và nếu làm điều đó với cùng thời gian, ta sẽ tính toán được nhanh hơn.

Máy tính D-Wave (Nguồn internet)

Một hệ quả của việc này là khả năng phân tích ra thừa số những số cực lớn. Nếu cho bạn một số rất lớn và nói rằng đó là tích của hai số nguyên tố, sẽ rất khó để tìm chúng bằng những kỹ thuật đã biết. Nó sẽ cần một khoảng thời gian dài không chấp nhận nổi dù có dùng đến siêu máy tính. Nguyên lý đó được dùng để mã hóa và giải mã thông tin. Nhưng nếu bạn có thể phân tích ra thừa số những số lớn thì sẽ có khả năng giải những mã đó. Một máy tính lượng tử - nếu có trong thực tế - sẽ làm vô số điều không thể thành có thể. Bảo mật thông tin sẽ gặp một thách thức lớn.

Cơ học lượng tử đã trở nên kì lạ hơn bất cứ ai có thể đoán- và chắc chắn hơn tất cả những gì các nhà vật lý thế kỷ 19 có thể tin. Dù những khái niệm liên quan có vẻ phản lại bất kỳ cách hiểu hợp lý nào, các quá trình lượng tử đã trở nên thiết yếu trong nhiều công nghệ hiện đại, từ chụp ảnh y khoa đến tính toán điện tử. Máy tính lượng tử sẽ là một tiến bộ vĩ đại- với những hệ quả không thể đoán được. Có lẽ sẽ dễ chịu cho tất cả chúng ta nếu chiếc hộp bí ẩn đó không được mở ra, nhưng chúng ta không thể chỉ nói “tốt hơn là tôi không biết”, vì ai đó có thể tìm ra trước chúng ta.

Về tác giả

Peter Goddard is Master of St John's College and Professor of Theoretical Physics in the University of Cambridge. His contributions to research, which have centred on the development of String Theory, have been recognised by his election as a Fellow of the Royal Society (1989), the award of the Dirac Prize and Medal of the International Center for Theoretical Physics, Trieste, (1997) and appointment as CBE (2002).

He has also been instrumental in the development of programmes aimed at widening access to the University of Cambridge, and encouraging ambition and attainment in school students in less advantaged areas of the country, including St John's College's successful EAGLE project in Lambeth. He currently chairs the University of Cambridge Joint Committee on Admissions and the group concerned with co-ordinating initiatives in the University aimed at widening access and raising aspirations.

Tài liệu tham khảo

Bài gốc xem ở: http://plus.maths.org/content/spin