bài tập lớn các nghịch trong cơ học lượng tự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⁌…….⸎…….⁍ BÀI TẬP LỚN MÔN: VẬT LÝ ĐỀ TÀI 39: CC NGHCH TRONG CƠ HỌC LƯNG T GVHD : NGUYỄN TH MINH HƯƠNG TP HCM, 07/09/2020 download by : skknchat@gmail.com DANH SÁCH THÀNH VIÊN STT HỌ VÀ TÊN MSSV Đặng Phương Linh 1711939 Nguyễn Hoàng Phi Long 1412087 download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: GII THIU CHUNG PHẦN II : LCH S CƠ HC LƯNG T…………………………… ……5 Tranh lun gia Bohr v Einstein…………………………………6 Hoc thuyt EPR v sai lm……………………………………… Bell đ cu Einstein? V nhng kim chng thc nghim……9 a Bt đng thc Bell b Thc nghim v sai lm ca ông…………………………….11 c Hai vn đ gn lin vi bt đng thc Bell………………….15 Con mo ca Schrödinger v hc thuyt đa th gii……… 17 PHẦN III : T NG DNG THC TIN………………………………… 18 My tnh lưng t(MTLT) 1.1 MTLT l g 1.2 Đ có ch tạo máy tính lưng t hay chưa? 19 1.3 mc đch s dng 21 Pin quang đin PHẦN IV : CHO ĐN DU HNH V TR………………………………….22 PHẦN V : LỜI KT…………………………………………………………….24 PHẦN VI: TI LIU THAM KHO………………………………………… 26 download by : skknchat@gmail.com LỜI NÓI ĐẦU Nhằm giúp bạn sinh viên hiu rõ v môn vt lý nâng cao khả tổng hp môn hc Cc sinh viên đ đưc tổ chc làm tp ln vi rt nhiu đ ti đưc chia cho cc nhóm đ tìm hiu rõ v môn hc Bản báo cáo vit v đ tài: Các nghịch l hc lưng t Đ tài có s tham gia ca tt thành viên nhóm, tt đ hp tác vi đ đưa sản phẩm cuối Mặc dù đ cố gng rt nhiu v kin thc hạn hẹp thiu kinh nghim nên báo cáo không th trnh đưc nhng thiu sót Rt mong thy bỏ qua góp ý thêm cho nhóm Nhóm xin đưc gi lời cảm ơn đn thy Lý Anh Tú cô Nguyễn Thị Minh Hương đ giúp đỡ chúng em rt nhiu nhng kin thc bổ ích hc kỳ download by : skknchat@gmail.com I GII THIU CHUNG : Trong th gii có rt nhiu hin tưng, nhiu câu hỏi mà vt lý khơng giải thích ht đưc vy mà mơn khoa hc khc đời, giống th s đời ca hc lưng t l đ hồn thin thêm s tị mị ca người v th gii ca Vt lý hc cổ đin đóng vai trị quan trng vt lý vt lí hc cổ đin cho kt phù hp vi thc nghim đối vi hin tưng vt l m người ta đ bit đn cuối th kỉ XIX Nhưng cuối th kỉ XIX trở v sau, người ta thy có nhng hin tưng vt l khơng th giải thch đưc lí thuyt ca vt lí hc cổ đin, tnh bn ca nguyên t, bc xạ ca vt đen.v.v v từ đ dẫn đên khi nim mi - bưc đu ca vic phát trin hc lưng t Cơ hc lưng t đ gây nên rt nhiu tranh lun gay gt lịch s Có người đ vit rằng: khó ca lưng t gì, thc cht mơ tả Lp lun kỹ cng lưng t lại dẫn đn nhng nghịch lý không gỡ Vy nhng nghịch lý hc lưng t gì? download by : skknchat@gmail.com II LCH S CƠ HC LƯNG T Nu tốn hc đời sống cơng c hỗ tr vt lý nghiên cu v th gii vt cht Vt lý, môn khoa hc bt đu từ cch 2400 năm Hy Lạp, sau l chặng đường dài có thăng có trm, từ vt lý thơ sơ dịng Aristote(1) đặt nn tảng da “ chất dc cấu tạo hạt” cho đn thuyt nht tâm ca Copernicus(2), nối tip theo ko lâu Galileo(3) đặt nn móng cho vt lý thc nghim, sau Galileo, ng khổng lồ ngành vt lý cn đại : Newton, ci vt lý cổ đin ca ông ko di 300 năm Cho đn XIX v tk ,hàng loạt nhng lý thuyt mi đưc phát hin : đin trường, từ trường, đin từ trường, vn động sóng, dạng “trường”' ca vt cht Qua th kỉ XX, phát hin ln vt lý m có th nói l k lạ: thuyt Tương đối ca Einstein thuyt Lưng t Vi thuyt Tương đối, Einstein xut phát từ kt thc nghim ánh sáng mặt trời di chuyn vi vn tốc bt bin Nghĩa l bạn chạy đn phía mặt trời ánh sáng đn vi bạn vi vn tốc vy, nh sng dường l vt mà bạn không đn gn đưc Hoặc bạn bỏ chạy tht nhanh, ánh sáng mặt trời đuổi theo kịp vi vn tốc đó, dường bạn khơng th trốn đưc Bạn đn vi khơng đưc, trốn khơng đưc, khơng gian vn tốc (tc thời gian) có điu kỳ lạ Einstein đ nghiên cu khám phá muốn trả lời hin tưng th phải từ bỏ tính cht tuyt đối ca khơng gian thời gian Sau ông tin ti lý thuyt cho nội khối lưng ca vt nằm không gian đ lm cho khơng gian v thời gian xung quanh download by : skknchat@gmail.com bị bin dạng, méo mó, ngn dài khơng giống Khơng gian thời gian đối vi Newton tuyt đối, đối vi Einstein khơng cịn tuyt đối na, l tương đối Công thc ting nht ca thuyt tương đối mối liên h E=mc2, gia khối lưng lưng có mối liên h ht sc bt ngờ Tranh lun gia Bohr & Einstein Sau 20 năm thôi, khám phá ca thuyt Lưng t đ lm ko bit bao nhà vt lý đau đu thảo lun đn hin tại, Tại vy ? câu trả lời l : đ tìm nguồn gốc vạn vt, ca thc nơi ta đag sống Liu ci thc ta nghe, nhn, cảm nhn, tnh ton có tht s l ‘’ THC TI’’ (!?).Vt lý hin đại tưởng chừng sp mở cánh ca nhiên trở nên mơ hồ, khó định nghĩa Đu th kỉ XX, diễn tranh lun gt gao gia người tr tu nht thời v thuyt Lưng t : Neils Bohr & Albert Einstein Lun đim : Bohr cho : trạng thi hạt hạt không th bit đưc cho đn ta thc hin php đo Quan đim ny ca ông da kt đo lường, theo đó, ln đo lại cho kt khc nhau, ko th tiên đon cho đn thc hin php đo Nhưng phải chnh php đo khin cc hạt '‘t nguyn'’ cho ta tm thy nó? Phải l xc sut, giống tung xúc xc mặt, ta ch bit mt no ch đo, cn không th coi không bit, không tn tại? Lun đim : Nhưng Einstein th khơng, tri lại cịn phản bin : khơng cn đo lường th t xc định cch khch quan download by : skknchat@gmail.com '‘Tôi nghĩ mặt trăng tồn dù tơi khơng nhn nó'’ Ơng ko ph nhn thuyt lưng t, m tin chưa đy đ, chưa chc chn, v vy ơng nói : God don't play dice ( Chúa không chơi xúc xc) Dù vy, bt chp cc lp lun ca Einstein, Bohr '‘sc son'’ lun đim ca mnh Hc thuyt EPR v sai lm Năm 1935, Einstein cc cộng s : Boris Podolsky v Nathan Rosen tưởng chừng '‘Eureka'’ cha kho chng minh chnh xc lun đim ca mnh '‘Điu k lạ nhất, vô l nhất, điên r nhất, tiên đon bun cưi m hc lưng t lm'’ l ci m gio sư Walter H.G Lewin(3) cho nhc đn '‘ s vưng vu lưng t'’ (VVLT) bi vn NOVA channel ‘’The fabric of cosmos – Quantum leap’’, gi l nghịch lý EPR : -Xt ht liên đi lưng t v tch chng xa Khi đo đưc to đ ht I th s bit đưc to đ ht II Gi th đo xung lưng ht II th li bit đưc cch chnh xc xung lưng ht I -Khó hiu qu, tóm lại ny cho dễ : Nu ta có bnh xe đặt gn ( bnh xe có mu trng v đen), hoạt động theo liên đi lưng t th đo, có 50% l mu v 50% khc mu Song đo, người ta nhn thy rằng, tỉ l l 100% khc mu EPR cho rằng, hạt liên đi ny không độc lp, m có liên quan đn Điu ny tri vi nguyên l bt định Heisenberg, l nghịch lý EPR download by : skknchat@gmail.com Hm sng Nhưng ci m lm nghịch lý EPR ‘’t hu’’ l : giả s đem hạt ny cch 600.000km, v thc hin php đo nhỏ giây vn tốc nh sng, th ln cho kt Như vy vic truyn tn hiu hm sóng ca hạt nhanh vn tốc nh sng (!?) Điu ny vi phạm nguyên tc ca thuyt tương đối hẹp chnh Einstein đ Tuy nhiên, ông coi l liên kt thn k, '‘tc đng ma qui'’ Còn v phn Bohr, da vo cc phương trnh ca chlt, ông cc hạt giống bnh xe quay có th liên kt tc thời, bt k khoảng cch Eistein không tin VVLT hoạt động ny, v ông đưa lp lun '‘ Đôi găng tay'’ Hy tưởng tưng đôi găng tay bị tch rời, đng vali, ci gi cho bạn v ci đem vt ngoi mặt trăng, bạn mở vali (có 50% xc sut l găng tri phải) Giả s l tri th chc chn ci vali mặt trăng l phi, cho dù không mở nó, l phi Vi th, ơng cho rằng, cc hạt đ đưc xc định hon ton từ giây phút chúng tch Giả thuyt ny ca ông hp l gn 30 năm (1935-1964) Nhưng có download by : skknchat@gmail.com vn đ l lm kim tra spin đ bit l ông đúng? Chc chn phải đo rồi!! Nhưng chả phải vy l đồng ý lun đim (ca Bohr) sao? V từ đây, không bit giải quyt no ‘’Bnh xe lưng t’’ ca Bohr Ai đng ? Bell đ cu Einstein? V nhng kim chng thc nghim a Bt đng thc Bell Dường mi th b tc, cho đn 1964, J.S.Bell nh vt lý người Ireland đ xut th nghim kim chng lp lun ca Einstein Ơng lp bt đng thc tốn hc cha mối tương quan gia trạng thái ca hạt cách xa thí nghim, thỏa mãn ba điu kin “hp l” theo quan nim ca nhà thí nghim EPR, l : -Cc tnh chất ht đưc đo l có thực v tồn ti trưc, -Cc tnh chất ht không phi pht sinh tch tắc lc tin hnh đo download by : skknchat@gmail.com Hay đôi ‘’găng tay lưng t’’ ca Einstein ? Mi đn 1967, John Clauser, lúc y l nghiên cu sinh vừa tốt nghip đại hc Colombia (Mỹ) ch tạo đưc cỗ my có th lm điu ny -Sơ đồ c my 11 Clauser v cỗ my ca mnh Clauser cng c my mnh download by : skknchat@gmail.com Chic my ca Clauser có th so snh hng ngn cặp liên kt theo nhiu hưng khc Tuy nhiên, sau hng trăm th nghim, kt lm ông ngạc nhiên xen lẫn tht vng, ông t hỏi : liu mnh đ lm g sai lm vic ch tạo chic my không? Không lâu sau, nh vt lý người Php Alain Aspect cc cộng s thc hi12 n th nghim phc tạp hơn, sau h Shi Alley (1988), Ou Mandel (1988), Kwiat cộng s (1995), Weihs cộng s ( 1998) nhiu nhóm nghiên cu khc tt cho kt Theo đó, l A v B th nghim trên, có s thay đổi : ● A đo theo hưng Z ● B không đo theo Z giống A, m đo theo hưng Q Giả d : A Z+ th theo Bell, xc sut B đo đưc Q+ l : P(Z+ Q+)= 1/4 Nhưng qua thc nghim, khơng vy, m tn theo ci gi l đnh lut Born(4), v vy P(Z+ Q+) khơng cịn l 1/4 na, m theo Born, l : P(Z+ 45 ) Q+)=𝑠𝑖𝑛 ( Như vy, liu s thay đổi ny khin bt đng thc Bell ? Ta xt biu đồ dưi : download by : skknchat@gmail.com Theo Bell Theo kt thc nghim Xc sut gc Tại cc đim khoanh tròn dưi, bội số ca 900, hai đường trùng Điu trùng hp ny l giải cho vic xc sut l 50-50 đo theo góc bội số ca 900 13 Nhưng xt góc 450 đối vi hai kt ny : download by : skknchat@gmail.com Rõ rng, vi thc nghim l 14,6% v vi Bell, hin nhiên, l 25% To m la󰈨 i : xa c sua󰈘 t se đươ󰈨c vie󰈘 t la󰈨 i 14 sau 45 P(Z+ Q+) = P(Q+ Z+) = 𝑠𝑖𝑛 ( ) 2 90 ) P(Z+ X+) = 𝑠𝑖𝑛 ( Đem vit lại dưi đng thc Bell : P(Z,X) ≤ (P(Z,Q) + P(Q,X) 𝑠𝑖𝑛2 900 450 450 2 ( ) ) + 𝑠𝑖𝑛 ( ) ≤ 𝑠𝑖𝑛 ( 2 0,5 ≤ 0,146 + 0,146 (vô l) Bt đng thc Bell bị vi phạm Có nghĩa l Cơ hc lưng t đ v nhóm EPR sai lm ‘’ Tc đng ma qui’’ l có tht download by : skknchat@gmail.com c.Hai vn đ gn lin vi bt đng thc Bell : ► Cho cc kt qu spin tồn độc lập với cc phép đo Đó l quan điểm thực ► Việc gi định A tin hnh phép đo khơng nh hưởng đn kt qu cc phép đo B thực Đó l quan điểm định x Bt đng thc không nghim vi thc t đo đạc v vy nht hai quan đim nói sai lm vũ trụ khơng phải thực định xứ ‘’Đây l điu k quc nht hc lưng t Đng hi ti sao! Tt nhng g ta c th ni l: tha nhn hin nhiên cch m th gii hot đng’’- G.S Walther H.G Lewin Mặc dù lp lun ca EPR sai, tht lưng t có tính bt định x 15 (nonlocality), tính cht mi, làm sp đổ lâu đi vt lý hc cũ, bi bo đ gi ý cho nhiu nghiên cu đột phá Mặc dù Einstein sai lm vi EPR ông lại ting download by : skknchat@gmail.com Con mo ca Schrödinger v hc thuyt đa th gii Nhưng nhưng, điu quan trng phải nhc lại ln, có cc nh EPR tiên đon chiu không gian khc Nói cch khc, có tồn hay t nht th gii khc m nghịch lý EPR hon ton hp lý Quan đim ny đưc đưa da th nghim giả tưởng ca Erwin Schrödinger(5), ngy gi l ‘’con mo ca Schrưdinger’’ Giả s có h thống sau : Trong chic hộp kn có mo cịn sống, có lưng phóng xạ ( phân r, không phân hu sau giờ) Nu xảy phân r th đưc ghi nhn my đm Geiger, đưc nối vi búa treo hộp đo vỡ bnh thu tinh cha hydrocyanic acid, git cht mo Tóm lại, nu phân hu th mo cht, cịn khơng th mo sống Tuy vy, vn đ l : bit đưc mo sống hay cht ta mở hộp xem Cịn khơng mở, có th thy mo gia ci cht v s sống, nói cch khc, bị chng chp gia trạng thi ( giống lưỡng tnh sóng – hạt) V xảy tc động bt k (giả s ta mở xem) th 17 download by : skknchat@gmail.com hm sóng cũ sp đổ, v hm sóng khc đưc dng trên, m tc nhân gây bị liên đi vi mo, v tuỳ vo liên đi m ta vo '‘th gii'’ (cn sng hoc cht) ca mo Cho ti nay, th nghim gây tranh ci, sau nhiu th nghim (ở h đơn l hay h hng trăm, hng ngn hạt) th vic sp đổ hm sóng đ đưc chng minh Cuối cùng, cp độ vi mô, th ta rt mơ hồ v th gii B ẩn l vy, nhờ cc th nghim kim chng, m tiên phong l Clauser, l tin đ cho cc ý tưởng thc tiễn v sau III T CC NG DỤNG THC TIN My tnh lưng t (MTLT) 1.1 MTLT l g? Ý tưởng MTLT đưc đ xut ln đu tiên vo năm 1980 nh ton hc người Đc gốc Nga Yuri Manin cch s dng cc hiu ng chồng chp v vưng vu lưng t đ thc hin cc tnh ton d liu đưa vo Khc vi my tnh kỹ thut số da tranzitor địi hỏi cn phải m hóa d liu thnh cc ch số nhị phân, số đưc gn cho trạng thi nht định l 1, tnh ton lưng t s dng cc bit lưng t trạng thi chồng chp đ tnh ton Điu ny có nghĩa l bit lưng t (đơn vị ca thông tin đin ton, vit tt l qubit) có th có gi trị v thời đim 18 download by : skknchat@gmail.com 1.2 Đ có ch tạo máy tính lưng t hay chưa? Trên thc t, nhiu phịng thí nghim khp th gii đ ch tạo thit bị có khả thc hin phép tính lưng t số nhỏ qubit Tuy nhiên, thm chí nhà nghiên cu đ mt thời gian dài mà chưa tạo đưc thit bị mạnh tương đương máy tính bỏ túi Thành cơng n tưng nht phân tích số 21 thành thừa số Và vào năm 2007, công ty D-Wave Canada đ công bố chic máy tính lưng t đu tiên có khả thương mại hóa đu tiên mang tên D-Wave One Theo mơ tả từ D-Wave cỗ máy tính lưng t s dng tin trình "phép tơi luyện lưng t" vi h thống 128 qubits Số qubit phân thành 16 ngăn, ngăn qbits đưc tạo 19 download by : skknchat@gmail.com vòng siêu dẫn Tip theo, D-Wave cho đời phiên th ca máy tính lưng t mang tên D-Wave Đó chic hộp đen cao mét, bên cha chip máy tính niobium đưc làm lạnh -273 độ C Theo lý thuyt, D-Wave có khả giải quyt đưc nhng vn đ mà siêu máy tính phải mt vài th k mi làm đưc nhiu lĩnh vc, từ mt mã ti công ngh nano, từ dưc phẩm ti trí thơng minh nhân tạo D-Wave có rt khách hàng tính ri ro ca d án giá đt: từ 10 đn 15 triu la Ch yu có nhng tổ chc ph, quốc phịng, nhằm tin hành thc nghim lẫn nghiên cu lý thuyt 20 download by : skknchat@gmail.com 1.3 Mc đch s dng Giải mt m Tm kim lưng t Mô lưng t Tối ưu hóa lưng t Giải phương trnh tuyn tnh … Trên lý thuyn, my tnh lưng t có khả x lý cc vn đ m cc siêu my tnh phải mt vi th k mi thc hin đưc My tnh lưng t mạnh nht hin – Syncamore thuộc v Google đ đạt đưc Ưu th lưng t hay Lưng t tối cao có th giải đưc tốn 200 giây mà siêu máy tính mạnh nht th gii hin IBM Summit phải mt ti 2,5 ngày Pin quang đin Hiu ng quang đin hin tưng điện - lưng t, đin t đưc thoát khỏi nguyên t (quang đin trong) hay vt cht (quang đin thường) sau hp th lưng từ photon ánh sáng làm nguyên t chuyn sang trạng thái kích thích làm bn electron ngồi Albert Einstein l người giải thích thành cơng hiu ng quang đin cách s dng mơ hình lưng t ánh sáng Pin bao gồm nhiu t bo quang đin (thường lm từ tinh th silicon) - phần t bán dẫn có cha b mặt số lưng ln 21 download by : skknchat@gmail.com cảm bin ánh sáng điốt quang, thc hin bin đổi lưng ánh sáng thành lưng đin t bo quang điện IV CHO ĐN DU HNH V TRỤ Còn nh ci tc đng ma qui ch ? Bây có lý thuyt th ny đưc đưa : liu có th li dng s liên đi đ dịch chuyn tc thời không? Tc l, ci vưng vu đường hm không gian m nối đim ( không k khoảng cch l bao nhiêu) th cn qua l ti đưc bên tc tc Điu ny đ đưc thc hin dưi cp độ vi mô, c th l th nghim đảo La Palma ( ngoi khơi châu Phi), giáo sư vt lý Vin vt lý thc nghim thuộc Đại hc Vienna, o : ► Ông tạo hạt photon liên đi ► Chuyn hạt ti đảo khc cch 143km ► Cho hạt th ( l hạt dùng đ dịch chuyn tc thời) cho tip 22 download by : skknchat@gmail.com xúc vi hạt đảo La Palma Qua qu trnh theo dõi, so snh, h có th bin photon th thnh sao( có th khơng) photon th Nghĩa l photon đ dịch chuyn sang đảo bên m không cn qua khoảng cch 143km Photon Photon Photon Đây l pht hin mang tnh hy vng gn nht ca cc nh vt lý lưng t Nhưng phải nói rằng, l cp độ vi hạt, cp độ ln th chưa th thc hin cịn nhiu ci khó  ngoi v tr, có cc ‘’ đường hm không gian’’ v chúng đưc gi l cc WORMHOLE, dù vy, l lý thuyt chưa đưc kim định cch chnh xc Nhưng kh thú vị!! 23 download by : skknchat@gmail.com V LI KT Cho đn hôm nay, người ta khơng bit thc Có điu có v chc chn nht th này: Thc l ci g nhiu chiu không gian ba chiu ca Phải th gii projection (hình chiu) ca thc mà Chúng ta tạm gi thc ci x no th vũ tr ca mảnh chiu ca thc không gian ba chiu này? V trũ ca ta có l nht, vũ tr ca ta có l tuyt đối? Thời gian có thc s trơi? Khơng gian l khơng có tht? Nói g th nói, hc lưng t tht s l tương lai ca người 24 download by : skknchat@gmail.com ... dẫn đn nhng nghịch lý không gỡ Vy nhng nghịch lý hc lưng t gì? download by : skknchat@gmail.com II LCH S CƠ HC LƯNG T Nu toán hc đời sống cơng c hỗ tr vt lý nghiên cu v th gii... hc lưng t Cơ hc lưng t đ gây nên rt nhiu tranh lun gay gt lịch s Có người đ vit rằng: khó ca lưng t gì, thc cht mơ tả Lp lun kỹ cng lưng t lại dẫn đn nhng nghịch lý không... rt nhiu đ ti đưc chia cho cc nhóm đ tìm hiu rõ v mơn hc Bản báo cáo vit v đ tài: Các nghịch l hc lưng t Đ tài có s tham gia ca tt thành viên nhóm, tt đ hp tác vi đ đưa