Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

Sai lầm tuyệt vời của Einstein: Trạng thái buộc chéo - Chad Orzel

Translator: Thành Đào Công Reviewer: Thi Minh Phuong Chu

Albert Einstein đóng vai trò quan trọng

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

trong việc khởi xướng cơ học lượng tử

từ lý thuyết của ông về hiệu ứng quang điện

through his theory of the photoelectric effect

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

nhưng vẫn rất phiền não về ý nghĩa triết học của nó.

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

Và dù hầu hết chúng ta vẫn nhớ đến ông

qua công thức E=MC^2,

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

đóng góp lớn cuối cùng của ông với Vật Lý

là từ bản báo cáo năm 1935,

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

đồng tác giả với đồng nghiệp trẻ Boris Podolsky và Nathan Rosen.

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

Được coi là một ghi chú kỳ cục đầy tính triết học vào thập niên 80,

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

Bản báo cáo EPR này

trở thành trung tâm hiểu biết mới của vật lý lượng tử,

with its description of a strange phenomenon

với sự mô tả về một hiện tượng kỳ lạ

now known as entangled states.

được biết đến với tên gọi "trạng thái buộc chéo".

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

Bản báo cáo bắt đầu bằng việc

xét một nguồn có thể tách ra các cặp hạt,

mỗi hạt có 2 đặc tính có thể đo đạc được.

each with two measurable properties.

Each of these measurements has two possible results

Mỗi đo đạc có 2 kết quả khả dĩ

với cùng xác suất.

of equal probability.

Gán 0 hoặc 1 cho đặc tính thứ nhất,

Let's say zero or one for the first property,

and A or B for the second.

và A hoặc B cho đặc tính thứ hai.

Once a measurement is performed,

Một khi thực hiện đo đạc,

subsequent measurements of the same property in the same particle

những lần đo đạc tiếp theo của cùng đặc tính trong cùng hạt

sẽ cho ra cùng kết quả.

will yield the same result.

The strange implication of this scenario

Ý nghĩa kỳ lạ của diễn biến này

is not only that the state of a single particle

là không chỉ trạng thái của hạt đơn lẻ

is indeterminate until it's measured,

là vô xác định cho tới khi được đo đạc,

but that the measurement then determines the state.

mà chính đo đạc đó xác định trạng thái.

What's more, the measurements affect each other.

Thêm nữa, các đo đạc ảnh hưởng lẫn nhau.

Nếu bạn đo một hạt được trạng thái 1,

If you measure a particle as being in state 1,

and follow it up with the second type of measurement,

và sau đó đo đạc loại thứ hai,

bạn có 50% khả năng đo được A hoặc B,

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

but if you then repeat the first measurement,

nhưng nếu bạn lặp lại phép đo đầu tiền,

you'll have a a 50% chance of getting zero

bạn có 50% khả năng đo được 0

even though the particle had already been measured at one.

cho dù hạt đã được đo ra kết quả 1.

Như vậy, chuyển đặc tính được đo đạc

So switching the property being measured scrambles the original result,

làm hỏng kết quả ban đầu,

allowing for a new, random value.

cho phép ra giá trị mới ngẫu nhiên.

Things get even stranger when you look at both particles.

Sự việc trở nên kỳ lạ hơn

khi bạn quan sát cả hai hạt.

Mỗi hạt cho ra kết quả ngẫu nhiên,

Each of the particles will produce random results,

but if you compare the two,

nhưng nếu so sánh cả hai,

you will find that they are always perfectly correlated.

bạn sẽ thấy chúng luôn hoàn toàn tương đồng.

Ví dụ: nếu cả hai hạt được đo ra 0,

For example, if both particles are measured at zero,

mối quan hệ luôn giữ nguyên.

the relationship will always hold.

Trạng thái của cả hai bị ràng buộc.

The states of the two are entangled.

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

Đo một hạt sẽ cho biết hạt kia

với xác suất tuyệt đối.

Nhưng sự buộc chéo có vẻ phản bác lại

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

thuyết tương đối nổi tiếng của Einstein

because there is nothing to limit the distance between particles.

vì không có giới hạn cho khoảng cách giữa hai hạt.

Nếu đo một hạt ở New York vào giữa trưa,

If you measure one in New York at noon,

và hạt kia ở San Francisco một phần tỷ giây sau,

and the other in San Francisco a nanosecond later,

they still give exactly the same result.

chúng vẫn hoàn toàn cho ra kết quả như nhau.

But if the measurement does determine the value,

Nhưng nếu sự đo đạc quyết định giá trị,

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

thì sẽ đòi hỏi một hạt gửi tín hiệu nào đó tới hạt kia

13,000,000 lần nhanh hơn tốc độ ánh sáng,

at 13,000,000 times the speed of light,

điều mà theo thuyết tương đối là không thể.

which according to relativity, is impossible.

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

Vì lý do đó, Einstein đã loại bỏ sự buộc chéo

và gọi nó là "spuckafte ferwirklung",

or spooky action at a distance.

hay "hành động ma quái từ xa".

Ông cho rằng cơ học lượng tử không hoàn thiện,

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

một sự ước lượng của thực tế sâu xa hơn

mà ở đó cả hai hạt có trạng thái được định trước,

have predetermined states that are hidden from us.

đang lẩn trốn chúng ta.

Những người ủng hộ lý thuyết lượng tử chính thống,

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

dẫn đầu bởi Niels Bohr

giữ quan điểm rằng trạng thái lượng tử cơ bản là vô xác định,

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

và sự buộc chéo cho phép trạng thái của một hạt

and entanglement allows the state of one particle

to depend on that of its distant partner.

phụ thuộc vào đối tác xa xôi của nó.

For 30 years, physics remained at an impasse,

Trong 30 năm, Vật Lý vẫn ở ngõ cụt,

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

cho tới khi John Bell phát hiện ra rằng

chìa khóa để kiểm tra lập luận EPR

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

là nhìn vào trường hợp liên quan đến phép đo đạc khác nhau trong hai hạt.

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

Lý thuyết về biến số ẩn địa phương

dẫn dắt bởi Einstein, Podolsky và Rosen,

giới hạn gắt gao mức độ thường xuyên ta có thể ra kết quả 1A hay B0

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

because the outcomes would have to be defined in advanced.

bởi vì kết quả lẽ ra phải được xác định trước.

Bell chỉ ra rằng cách tiếp cận thuần lượng tử,

Bell showed that the purely quantum approach,

where the state is truly indeterminate until measured,

nơi mà trạng thái thực sự không xác định cho đến khi đo đạc,

has different limits and predicts mixed measurement results

có giới hạn khác nhau

và dự đoán kết quả đo lường lẫn lộn

that are impossible in the predetermined scenario.

điều mà trong kịch bản được định trước không thể làm được.

Trong khi Bell đang tìm cách kiểm tra lập luận EPR,

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

physicists went out and did it.

các nhà Vật Lý đã tìm ra và thực hiện nó.

Bắt đầu từ John Clauster thập niên 70

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

và Alain Aspect đầu thập niên 80,

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

hàng tá thí nghiệm kiểm tra dự đoán EPR,

và tất cả cùng phát hiện một điều:

and all have found the same thing:

cơ học lượng tử là đúng.

quantum mechanics is correct.

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

Sự tương đồng giữa trạng thái bất định của các hạt buộc chéo là thật

and cannot be explained by any deeper variable.

và không thể giải thích bằng biến số sâu xa nào khác.

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

Bản báo cáo EPR trở thành sai lầm

nhưng vậy lại tuyệt.

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

Bằng việc dẫn dắt các nhà Vật Lý

nghĩ sâu hơn về nền tảng của vật lý lượng tử,

it led to further elaboration of the theory

nó dẫn tới việc xây dựng lý thuyết xa hơn

and helped launch research into subjects like quantum information,

và giúp khởi xướng nghiên cứu về các vấn đề

như thông tin lượng tử,

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

ngày nay là lĩnh vực mạnh với tiềm lực

để phát triển máy tính với sức mạnh chưa từng có.

Unfortunately, the randomness of the measured results

Đáng tiếc rằng, sự ngẫu nhiên của kết quả đo đạc

prevents science fiction scenarios,

ngăn cản kịch bản khoa học viễn tưởng,

like using entangled particles to send messages faster than light.

như sử dụng các hạt buộc chéo

để gửi tin nhắn nhanh hơn ánh sáng.

Như vậy, thuyết tương đối vẫn an toàn,

So relativity is safe, for now.

cho đến giờ.

Nhưng vũ trụ lượng tử thì kỳ lạ hơn nhiều

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

những gì Einstein muốn tin tưởng.