Hiệu ứng lượng tử kỳ lạ có thể biến vật chất trở nên vô hình

Một hiệu ứng lượng tử kỳ lạ được dự đoán cách đây hàng thập kỷ cuối cùng đã được chứng minh. Nếu bạn làm cho một đám mây khí đủ lạnh và đặc, bạn có thể làm cho nó trở nên vô hình. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để ngăn chặn việc mất thông tin từ các máy tính lượng tử.

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ đã sử dụng tia laser để ép và làm lạnh khí lithium đến mật độ và nhiệt độ đủ thấp để nó phân tán ít ánh sáng hơn. Nếu họ có thể làm mát đám mây khí đến - 273,15 độ C, họ nói rằng nó sẽ hoàn toàn vô hình.

Ánh sáng laser màu xanh được sử dụng trong thí nghiệm chặn Pauli khiến vật chất trở nên vô hình.

Hiệu ứng kỳ lạ này là ví dụ cụ thể đầu tiên về quá trình cơ học lượng tử được gọi là quá trình chặn Pauli.

Tác giả cao cấp của nghiên cứu Wolfgang Ketterle, giáo sư vật lý tại MIT, cho biết: "Đây là quan sát rõ ràng đầu tiên cho thấy hiệu ứng này tồn tại, và nó cho thấy một hiện tượng mới trong vật lý".

Kỹ thuật mới này có thể được sử dụng để phát triển các vật liệu ngăn chặn ánh sáng nhằm ngăn chặn sự mất mát thông tin trong máy tính lượng tử.

Sự chặn Pauli xuất phát từ nguyên lý loại trừ Pauli, được nhà vật lý nổi tiếng người Áo Wolfgang Pauli đưa ra lần đầu tiên vào năm 1925. Pauli cho rằng tất cả những cái gọi là hạt fermion - như proton, neutron và electron - có cùng trạng thái lượng tử với nhau không thể tồn tại trong cùng một không gian.

Nguyên tắc loại trừ cũng áp dụng cho các nguyên tử trong chất khí. Thông thường, các nguyên tử trong một đám mây khí có rất nhiều không gian để bật ra xung quanh, nhưng vẫn có đủ mức năng lượng để chúng nhảy vào và không cản trở đáng kể chuyển động của chúng.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng tại thời điểm đó, chúng được xếp chồng lên nhau. Chúng bị lèn chặt đến nỗi các hạt không thể tương tác với ánh sáng. Ánh sáng được gửi đến bị Pauli chặn lại và sẽ truyền thẳng qua.

Nhưng việc đưa một đám mây nguyên tử đến trạng thái này rất khó. Nó không chỉ cần nhiệt độ cực thấp mà còn yêu cầu các nguyên tử bị ép cực chặt.

Hai nhóm độc lập khác cũng đã làm lạnh hai loại khí khác, đó là kali và stronti, để cho thấy hiệu ứng này. Trong thí nghiệm với stronti, các nhà nghiên cứu đã chặn các nguyên tử bị kích thích để giữ chúng ở trạng thái kích thích lâu hơn.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được hiệu ứng chặn Pauli và có thể sử dụng nó để phát triển các vật liệu ngăn chặn ánh sáng. Điều này sẽ đặc biệt hữu ích để cải thiện hiệu quả của máy tính lượng tử, hiện đang bị cản trở bởi sự suy giảm liên kết lượng tử - sự mất mát thông tin lượng tử (do ánh sáng mang theo) đối với môi trường xung quanh máy tính.