Ảnh: Ảnh bìa / Globallookpress.com
Các nhà vật lý và hóa học tại Đại học Rice và Đại học Illinois tại Urbana-Champaign ở Mỹ đã phát hiện ra rằng một số phản ứng hóa học có thể là bộ mã hóa lượng tử hoàn hảo, tương tự như lỗ đen. Kết quả nghiên cứu được phát hành Trong Kỷ yếu giấy của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS).
Các nhà khoa học đã sử dụng một công cụ toán học gọi là bộ tương quan ngoài thời gian, hay OTOC, được coi là thước đo của sự hỗn loạn lượng tử. OTOC được phát minh cách đây 55 năm để tính toán xem các electron trong chất siêu dẫn bị ảnh hưởng như thế nào bởi sự nhiễu loạn do tạp chất gây ra. Ảnh hưởng này tương tự như “hiệu ứng cánh bướm” mà nhà toán học Edward Lorenz đã sử dụng để minh họa sự hỗn loạn trong các hệ khí quyển. OTOC cho phép chúng ta ước tính tốc độ mà một hệ lượng tử không còn có thể dự đoán được với độ lệch nhỏ nhất so với quỹ đạo trước đó của nó.
Vào những năm 1990, OTOC được sử dụng để mô hình hóa những gì xảy ra khi thông tin rơi vào lỗ đen. Người ta tin rằng lỗ đen là bộ mã hóa lý tưởng, vì tất cả thông tin đi vào chúng đều bị xóa sạch một cách đồng đều dọc theo chân trời sự kiện, tồn tại dưới dạng những dao động nhỏ trên bề mặt. Điều tương tự cũng xảy ra trong trường hợp phản ứng hóa học: thông tin về trạng thái lượng tử của chất phản ứng được mã hóa theo cách phản ứng diễn ra và ảnh hưởng đến tốc độ của nó.
Công trình mới đã chỉ ra rằng việc mã hóa thông tin trong một số loại phản ứng nhất định có thể nhanh gần như trong lỗ đen. Trong cơ học cổ điển, một hạt phải có đủ năng lượng để vượt qua hàng rào năng lượng và bắt đầu phản ứng. Tuy nhiên, cơ học lượng tử cho phép một hạt có khả năng xuyên hầm xuyên qua hàng rào ngay cả khi nó không có đủ năng lượng. Tính toán OTOC cho thấy các phản ứng hóa học có năng lượng kích hoạt thấp ở nhiệt độ thấp, trong đó đường hầm chiếm ưu thế, mã hóa thông tin ở tốc độ cực cao như trong lỗ đen.
Môi trường rộng lớn nơi xảy ra các phản ứng hóa học sẽ ngăn chặn hiệu ứng này. Điều này có ý nghĩa đối với việc tạo ra các máy tính lượng tử đáng tin cậy, trong đó cần giảm thiểu việc mã hóa thông tin giữa các hệ thống đường hầm tương tác.
