Ảnh: IvaFoto / Shutterstock / Fotodom
Các nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis, NIST và Đại học Cambridge đã tạo ra một loại cảm biến lượng tử mới sử dụng sự vướng víu lượng tử để tạo ra các máy dò có thể “du hành theo thời gian”. Nghiên cứu đã phát hiện ra được phát hành trong tạp chí Physical Review Letters.
Nghiên cứu này dựa trên khái niệm vướng víu lượng tử, trong đó các đặc tính của các hạt có mối tương quan bất kể khoảng cách giữa chúng và chứng minh khả năng sử dụng các cảm biến lượng tử để phân tích các hệ thống phức tạp đã tồn tại trong quá khứ. Các tác giả mô tả Cách tiếp cận này tương tự như việc gửi một chiếc kính thiên văn ngược thời gian để quan sát những sự kiện đã xảy ra.
Quá trình này bắt đầu với sự vướng víu của hai hạt lượng tử trong trạng thái đơn lẻ, trong đó chúng có spin hoàn toàn đối lập nhau. Người ta không biết các hạt đang quay theo hướng nào, nhưng việc đo spin của một hạt sẽ ảnh hưởng đến spin của hạt kia, ngay cả khi các hạt ở hai đầu đối diện của vũ trụ. Về mặt toán học, điều này tương đương với một hạt di chuyển ngược thời gian, sau đó quay lại tại thời điểm vướng víu, có spin ngược lại và di chuyển vào tương lai, chiếm một điểm khác trong không gian, trở thành hạt thứ hai. Điều này có thể được hình dung như một đường cong thời gian hình chữ U.
Một hạt đơn lẻ có spin đóng vai trò như một cảm biến đơn giản để đo từ trường được áp dụng cho nó, vì từ trường làm thay đổi hướng của spin. Trong những trường hợp bình thường, có một trong ba khả năng là phép đo sẽ thất bại. Điều này là do trước khi thí nghiệm, các nhà vật lý đo spin trước (trong vật lý, đây được gọi là chuẩn bị spin) để nó có một hướng nhất định dọc theo trục x, y hoặc z. Tuy nhiên, nếu hướng spin song song hoặc phản song song với từ trường, sẽ không thu được kết quả nào.
Cảm biến lượng tử mới cho phép các nhà thí nghiệm xác định hướng tốt nhất cho spin một cách hồi cứu. Một trong hai hạt, ở trạng thái đơn lẻ, đóng vai trò là đầu dò, được tiếp xúc với từ trường. Trong bước tiếp theo, các nhà khoa học đo spin của hạt còn lại, được gọi là qubit phụ. Hướng của spin này “quay ngược thời gian” và thay đổi thành giá trị ngược lại tại thời điểm tiếp xúc với từ trường.
Theo cách này, các nhà khoa học biết hướng quay của đầu dò trước khi trường được áp dụng. Sau đó, hướng quay thực tế của đầu dò, đã thay đổi bởi trường, được đo. Nếu trạng thái đơn lẻ của các hạt về mặt toán học tạo thành một vòng lặp thời gian khép kín gồm hai đường cong hình chữ U, thì các nhà khoa học, bằng cách đo qubit phụ trợ và đầu dò theo một trình tự nhất định, có thể chuẩn bị đúng cách cho spin để khả năng đo thành công là 100 phần trăm.
Các tác giả lưu ý rằng các cảm biến hoạt động theo nguyên lý này có nhiều ứng dụng tiềm năng: từ phát hiện các hiện tượng thiên văn đến nghiên cứu từ trường với độ chính xác cao.
