Ở vùng ngoại ô phía nam của Paris, tại CEA Saclay, thánh địa của vật lý lý thuyết, hai nhà vật lý lý thuyết, Barizien và Bancal, đã làm một điều rất quan trọng: lần đầu tiên họ mô tả đầy đủ tất cả các kết quả thống kê mà vướng víu lượng tử có thể tạo ra. Lưu ý rằng không phải một phần, không xấp xỉ, không phải phỏng đoán thực nghiệm, là "hoàn toàn chắc chắn". Đối với vật lý, điều này là vẽ hoàn toàn đường ranh giới của khu rừng xác suất hỗn loạn và mơ hồ ban đầu.

Không phải là chưa ai làm điều đó trước đây, nhưng chưa ai làm điều đó trước đây. Bởi vướng víu không phải là thứ mà trực giác con người có thể xử lý.

Hai photon, bất kể chúng cách nhau bao xa, ngay cả khi một ở trên Trái đất và một ở trên Mặt trăng, miễn là chúng vướng víu, các phép đo của chúng sẽ cho thấy một mối tương quan đáng ngạc nhiên. "Không địa phương" này là phần mà Einstein miễn cưỡng chấp nhận nhất, mà ông gọi là "thần giao cách cảm ma quái". Nhưng nó thực tế đến mức nó thậm chí đã trở thành một hành động tiêu chuẩn cấp giải Nobel trong vật lý.

Vấn đề là: mối tương quan này có thể mạnh mẽ đến mức nào? Và nó có thể phức tạp như thế nào?

Bản thân vướng víu không phải là bất thường, và vướng víu không cần phải được tối đa hóa để trở nên hữu ích. Khó khăn thực sự là có nhiều thông số liên quan đến việc đo lường quy luật thống kê "sau vướng víu" này: cường độ vướng víu, hướng đo, phương pháp chiếu, và thậm chí cả cơ chế nguồn đằng sau nó. Các yếu tố này đan xen với nhau, dẫn đến nhiều mối tương quan thống kê đơn lẻ trong kết quả thí nghiệm. Chỉ riêng một hệ thống hai bit có thể tạo ra một sự bùng nổ theo cấp số nhân của các khả năng.

Các nghiên cứu trước đây đã tập trung vào:最大糾纏態, bởi vì nó đối xứng về mặt toán học và tương đối "sạch" để phân tích. Nhưng thiên nhiên không nói rằng nó phải sạch như vậy. Phần lớn các trạng thái vướng mắc được sử dụng trong thực tế làVướng víu một phần, hoặc "vướng víu không hoàn hảo". Đó là nơi thách thức thực sự nằm ở đó.

Barizien và Bancal chỉ đơn giản là phá vỡ nút thắt toán học.

Điểm đột phá quan trọng của họ là một loại biến đổi toán học từ vướng víu tối đa sang vướng víu một phần. Sự biến đổi này không chỉ đẹp mà còn có ý nghĩa vật lý rõ ràng: cấu trúc thống kê của vướng víu lớn nhất được biết đến được sử dụng để lập bản đồ tất cả các kết quả thống kê vướng víu từng phần.

Khó khăn của quá trình này có thể so sánh với bước nhảy từ cơ học Newton sang lý thuyết trường lượng tử. Nó không phải là một sự bổ sung hay phù hợp, mà là một sự tái tạo hoàn toàn. Loại dẫn xuất thống kê này liên quan trực tiếp đến một trong những khái niệm kỳ diệu nhất trong lý thuyết thông tin lượng tử:自測(tự kiểm tra)。

Ý bạn là gì? Nghĩa là, chúng ta không dựa vào bất kỳ sự tin tưởng nào vào thiết bị thí nghiệm, cũng như không cần biết trước nguồn sáng là gì và chúng ta chỉ có thể suy ra trạng thái thực của hệ thống thông qua thống kê kết quả đo.Nói cách khác, toàn bộ hệ lượng tử được coi là một hộp đen, và cấu trúc và hành vi của nó được suy ra chỉ từ đầu ra.

Đây là một sự đảo ngược hoàn toàn mô hình của vật lý truyền thống. Trước đây, khi chúng tôi nói về phép đo, chúng tôi phải mô hình, thiết lập thí nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị. Bây giờ thì ngược lại: kiểm tra trước, sau đó đẩy mô hình và mô hình có khả năng là duy nhất. Khả năng "mô hình nhảy ra khỏi dữ liệu" này được gọi là "khả năng giải thích" trong bối cảnh AI và cuộc cách mạng trong lượng tử.

Cho đến bài báo Nature Physics này, chỉ có kết quả tự đo của trạng thái vướng víu tối đa là hoàn thành. Không ai có thể xử lý một số vướng víu.

Bây giờ không sao cả.

Tất cả các trạng thái vướng víu một phần hai bit, tất cả đều có thể tự kiểm tra được. Tất cả các mối tương quan thống kê có thể được tạo ra có thể được đánh giá rõ ràng liệu chúng là trạng thái lượng tử hay đơn giản là không thể xuất hiện theo lý thuyết lượng tử. Đó là, ranh giới thống kê của cơ học lượng tử được vẽ rõ ràng.

Một số kết quả thống kê, có vẻ ngẫu nhiên, thực sự có thể được suy ra từ chúngXác thực tính ngẫu nhiên thực sự。 Ví dụ, một số dữ liệu thí nghiệm Bell, nếu nó thỏa mãn một không cục bộ nhất định, có nghĩa là thiết bị, bất kể phần cứng, thực sự đang tạo ra các số ngẫu nhiên lượng tử. Phương pháp "chứng minh tính ngẫu nhiên thực sự" từ kết quả đo lường chỉ đáng tin cậy dưới một lý thuyết thống kê hoàn chỉnh như vậy.

Các hệ thống mật mã lượng tử an toàn cuối cùng đã có một phương pháp xác minh cốt lõi。 Các hệ thống tiền điện tử truyền thống dựa vào sự tin cậy của phần cứng. Bạn phải tin rằng con chip không bị giả mạo và không có cửa hậu nào cho chương trình thư. Bây giờ với chứng nhận thống kê hộp đen, ngay cả khi nhà cung cấp có trái tim đen, chuỗi cung ứng đáng ngờ và lập trình viên bí mật để lại lỗ hổng gỡ lỗi, miễn là dữ liệu đo được đáp ứng tiêu chuẩn, thì bạn biết rằng thứ này thực sự đang "hoạt động theo cách lượng tử".

Và khung này không chỉ dành cho photon. Điện tử, mạch siêu dẫn, bẫy ion...... Miễn là nó bị vướng víu, nó có thể được ném vào để thử nghiệm. Nó tương đương với việc thiết lập một bộ "máy dò chất lượng trạng thái vướng víu" chung, cũng có thể được điều chỉnh cho các nền tảng khác nhau.

Đây là nghịch đảo của "kiến trúc thượng tầng áp bức thí nghiệm đáy" vật lý điển hình.

別忘了，這些理論的物理基礎，仍然是 Bell 不等式——那條1950年代提出，卻在2022年才以諾貝爾獎形式被官方蓋章的最強不等式。經典世界下絕不可能成立的統計結果，量子世界里偏偏常見。人類只能承認：現實不是局域性的。

Tất nhiên, bài kiểm tra Bell là điều kiện cần thiết, không phải là điều kiện đủ. Nó chứng minh "không cổ điển", nhưng nó không mô tả đầy đủ "không cổ điển nào". Điều này đòi hỏi phân loại thống kê chi tiết hơn, các mô hình vật lý tương ứng và cuối cùng là lý luận đảo ngược. Và đó là nơi Barizien và Bancal có được nó.

Họ đưa ra một từ điển được giải mã hoàn chỉnh: từ "thống kê kết quả" đến "trạng thái hệ thống".

Đó là lý do tại sao nghiên cứu này không chỉ là "tìm hiểu về thiên nhiên". Nó liên quan trực tiếp đến giao tiếp lượng tử, mã hóa lượng tử, điện toán lượng tử và thậm chí liên kết sâu sắc với "giao thức xác thực độc lập với thiết bị" của Internet lượng tử.

Nếu mạng lượng tử thực sự được triển khai trong tương lai, các nút và thiết bị sẽ không thể tin tưởng tất cả và cách duy nhất là đo lường đầu ra. Và bộ biểu đồ thống kê hoàn chỉnh này sẽ là phán đoán duy nhất có thể đưa ra "tin hay không".