Vật lý nghiên cứu chuyên sâu

Rối lượng tử, bất đẳng thức Bell

Rối tạo tương quan không thể giải thích bằng mô hình biến ẩn cục bộ; kiểm tra Bell phân biệt lớp lý thuyết đó với dự đoán lượng tử.

Trạng thái hai qubit $|\Phi^+\rangle=(|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt2$ không tách được thành hai trạng thái riêng. Đo mỗi qubit cho kết quả ngẫu nhiên, nhưng hai kết quả tương quan mạnh; tương quan ấy không cho phép truyền thông tin nhanh hơn ánh sáng.

Bất đẳng thức CHSH

Hai người quan sát chọn giữa hai thiết lập đo mỗi bên. Với trạng thái singlet và lựa chọn góc thích hợp, cơ học lượng tử dự đoán $|S|=2\sqrt2$, vượt giới hạn cục bộ 2. Thí nghiệm Bell nhiều lần xác nhận vi phạm; diễn giải nền tảng vẫn được nghiên cứu.

Với trạng thái singlet hai spin, tương quan đo theo hai trục đơn vị $\mathbf a,\mathbf b$ là $E(\mathbf a,\mathbf b)=-\mathbf a\cdot\mathbf b$. Tổ hợp CHSH $S=E(a,b)+E(a,b’)+E(a’,b)-E(a’,b’)$ thỏa $|S|\le2$ trong mọi mô hình biến ẩn địa phương, trong khi lượng tử có thể đạt $2\sqrt2$. Các thí nghiệm khe hở đóng đã xác nhận vi phạm; điều đó loại lớp mô hình cục bộ theo giả thiết kiểm tra, không cho phép truyền thông tin siêu quang.

Các tương quan Bell không cho phép gửi thông tin nhanh hơn ánh sáng vì xác suất biên của mỗi bên không phụ thuộc lựa chọn đo ở xa; chỉ tương quan khi so sánh dữ liệu qua kênh cổ điển mới vi phạm giới hạn cổ điển. Thí nghiệm hiện đại đóng các khe hở phát hiện và địa phương trong cùng một phép thử. Diễn giải ý nghĩa nền tảng của kết quả vẫn là đề tài tranh luận, nhưng cấu trúc xác suất lượng tử đã được kiểm chứng chính xác.

Trong cặp singlet, từng kết quả ±1 có trung bình bằng không, nhưng hai kết quả cùng được đo có tương quan góc. Nếu mô hình địa phương muốn tái tạo mọi tương quan này bằng biến ẩn, nó phải thỏa bất đẳng thức CHSH; dữ liệu lượng tử vượt giới hạn đó. Thí nghiệm đo nhiều hướng để tránh kết luận từ một tương quan đơn lẻ.