Một bài báo điện toán lượng tử được chú ý cao được xuất bản trên tạp chí Nature năm 2021 đang phải đối mặt với những chỉ trích nghiêm trọng từ cộng đồng nghiên cứu. Bài báo tuyên bố đã chứng minh rằng cơ học lượng tử đòi hỏi các số phức và điều này có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, một phân tích chi tiết đã tiết lộ một lỗ hổng nghiêm trọng làm suy yếu toàn bộ tiền đề.
Dòng thời gian các sự kiện:
- 2021: Renou et al. xuất bản "Quantum theory based on real numbers can be experimentally falsified" trên tạp chí Nature
- 2021-2022: Bài báo nhận được sự chú ý đáng kể từ truyền thông và các buổi thuyết trình hội nghị
- Gần đây: Phân tích phê phán cho thấy giả định ẩn về sự rối lượng tử làm suy yếu các tuyên bố chính
Tuyên bố ban đầu và sức hấp dẫn của nó
Bài báo năm 2021 của Renou và các đồng nghiệp đã tạo tiêu đề bằng cách gợi ý rằng các nhà khoa học có thể kiểm tra thực nghiệm liệu cơ học lượng tử có thực sự cần các số phức để hoạt động hay không. Điều này thú vị vì nó hứa hẹn giải quyết một câu hỏi cơ bản về bản chất của thực tại lượng tử. Nghiên cứu này đã nhận được sự chú ý đáng kể, với các bài viết trên các ấn phẩm khoa học lớn và các bài thuyết trình tại các hội nghị hàng đầu.
Ý tưởng cơ bản là tạo ra một bài kiểm tra mà máy tính lượng tử sử dụng số phức có thể vượt qua, nhưng máy tính lượng tử chỉ giới hạn ở số thực sẽ thất bại. Hãy nghĩ về nó như việc kiểm tra xem một máy tính có thể thực sự thực hiện các phép tính nâng cao nhất định hay không, hoặc liệu nó chỉ đang giả vờ bằng cách sử dụng các thủ thuật toán học đơn giản hơn.
Lỗ hổng ch致命: Entanglement thay đổi mọi thứ
Những chỉ trích tập trung vào một giả định quan trọng được chôn sâu trong tài liệu bổ sung của bài báo. Các tác giả đã giả định rằng các hệ thống lượng tử được kiểm tra sẽ bắt đầu mà không có bất kỳ trạng thái entangled nào - một điều kiện mà các hạt lượng tử vẫn được kết nối một cách bí ẩn ngay cả khi được tách ra bởi khoảng cách lớn.
Giả định này có vấn đề vì entanglement có mặt khắp nơi trong cơ học lượng tử. Như một nhà nghiên cứu đã chỉ ra trong cuộc thảo luận, việc loại trừ entanglement khỏi cơ học lượng tử giống như cố gắng nghiên cứu sóng đại dương trong khi bỏ qua nước. Giả định này quá hạn chế đến mức nó về cơ bản đã loại bỏ một trong những đặc điểm cơ bản nhất của cơ học lượng tử.
Entanglement đã phá vỡ bài kiểm tra!
Những người chỉ trích đã chứng minh rằng nếu các hệ thống lượng tử được phép chia sẻ các trạng thái entangled trước khi bắt đầu kiểm tra - điều này hoàn toàn bình thường và được mong đợi - thì ngay cả máy tính lượng tử chỉ sử dụng số thực cũng có thể vượt qua bài kiểm tra. Điều này hoàn toàn làm suy yếu tuyên bố trung tâm của bài báo.
Các Khái Niệm Kỹ Thuật Chính Được Giải Thích:
- Số Phức: Các đối tượng toán học bao gồm cả số thực và thành phần "ảo", thường được viết dưới dạng a + bi trong đó i = √(-1)
- Entanglement: Một hiện tượng lượng tử trong đó các hạt trở nên tương quan theo cách mà việc đo một hạt sẽ ngay lập tức ảnh hưởng đến hạt khác, bất kể khoảng cách
- Quantum Gateset: Một tập hợp các phép toán cơ bản (như cổng Toffoli , Hadamard , và T ) có thể được kết hợp để thực hiện các tính toán lượng tử
- Phase Gradient States: Các trạng thái lượng tử đặc biệt có thể được sử dụng để mô phỏng các phép toán số phức chỉ sử dụng số thực
 |
|---|
| Khám phá vai trò của số phức trong cơ học lượng tử: sự rối lượng tử tác động như thế nào đến các thử nghiệm thực nghiệm |
Tại sao điều này quan trọng đối với nghiên cứu lượng tử
Cuộc tranh cãi này làm nổi bật một vấn đề rộng lớn hơn trong nghiên cứu điện toán lượng tử. Khi các nhà khoa học đưa ra những tuyên bố mạnh mẽ về các giới hạn cơ bản, các giả định đằng sau những tuyên bố đó có tầm quan trọng to lớn. Trong trường hợp này, hạn chế chống lại entanglement chỉ được đề cập ngắn gọn trong các phụ lục kỹ thuật, không được nêu bật rõ ràng trong văn bản chính hoặc tóm tắt.
Cuộc tranh luận cũng tiết lộ cơ học lượng tử vẫn phức tạp như thế nào, ngay cả đối với các chuyên gia. Các công cụ toán học được sử dụng để mô tả các hệ thống lượng tử - dù là số phức, ma trận, hay các cấu trúc khác - vẫn là chủ đề của nghiên cứu tích cực và bất đồng.
Phản ứng của cộng đồng và bài học kinh nghiệm
Phản ứng của cộng đồng điện toán lượng tử đã trái chiều. Một số nhà nghiên cứu bảo vệ bài báo gốc, lưu ý rằng nó đã nêu rõ các giả định của mình, ngay cả khi chúng được chôn trong tài liệu bổ sung. Những người khác lập luận rằng một hạn chế cơ bản như vậy nên được làm nổi bật rõ ràng hơn nhiều, thậm chí có thể trong tiêu đề của bài báo.
Sự cố này đóng vai trò như một lời nhắc nhở rằng ngay cả nghiên cứu được đánh giá ngang hàng trong các tạp chí hàng đầu cũng có thể có những hạn chế đáng kể. Nó cũng cho thấy tầm quan trọng của việc cộng đồng khoa học cần xem xét cẩn thận các tuyên bố táo bạo, đặc biệt khi chúng liên quan đến các khía cạnh cơ bản của vật lý.
Cuộc tranh cãi không nhất thiết làm vô hiệu hóa tất cả nghiên cứu về nền tảng toán học của cơ học lượng tử. Tuy nhiên, nó gợi ý rằng công việc tương lai trong lĩnh vực này cần phải cẩn thận hơn về việc nêu rõ các giả định và xem xét liệu những giả định đó có thực tế đối với các hệ thống lượng tử thực tế hay không.
Tham khảo: Actually, you can't test if quantum uses complex numbers