Các nhà khoa học vừa đạt được một cột mốc quan trọng trong vật lý lượng tử: họ đã tách một photon đơn lẻ thành hai photon nhỏ hơn và chứng minh rằng định luật bảo toàn mô men động lượng (angular momentum) vẫn hoàn toàn đúng ngay ở cấp độ nhỏ nhất này.
Công trình được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Lea Kopf thuộc Đại học Tampere (Phần Lan) dẫn đầu, với sự hợp tác của các nhà khoa học đến từ Đức và Ấn Độ. Kết quả được công bố trên tạp chí Physical Review Letters vào tháng 5 năm 2025.
Mô men động lượng là đại lượng mô tả mức độ quay hoặc chuyển động xoáy của vật thể. Trong ánh sáng, dạng tương ứng là mô men động lượng quỹ đạo (OAM, Orbital Angular Momentum), được xác định bởi cấu trúc của sóng ánh sáng. Theo định luật bảo toàn, tổng OAM của hệ phải không đổi, nếu photon ban đầu có OAM bằng 0, thì hai photon sinh ra sau khi tách phải có giá trị OAM đối nghịch nhau, ví dụ 1 và -1, sao cho tổng vẫn bằng 0.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật chuyển đổi tham số tự phát (SPDC, Spontaneous Parametric Down Conversion), vốn là phương pháp phổ biến để biến một photon năng lượng cao thành cặp photon năng lượng thấp hơn. Nhưng thay vì dùng chùm laser mạnh như các thí nghiệm trước đây, họ chỉ sử dụng một photon duy nhất làm nguồn "bơm" cho quá trình này. Đây là lần đầu tiên thí nghiệm kiểm tra định luật bảo toàn ở quy mô nhỏ đến vậy, từng photon một, chứ không phải giá trị trung bình của hàng triệu photon.
Công trình được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Lea Kopf thuộc Đại học Tampere (Phần Lan) dẫn đầu, với sự hợp tác của các nhà khoa học đến từ Đức và Ấn Độ. Kết quả được công bố trên tạp chí Physical Review Letters vào tháng 5 năm 2025.
Tách một photon và kiểm chứng định luật bảo toàn
Mô men động lượng là đại lượng mô tả mức độ quay hoặc chuyển động xoáy của vật thể. Trong ánh sáng, dạng tương ứng là mô men động lượng quỹ đạo (OAM, Orbital Angular Momentum), được xác định bởi cấu trúc của sóng ánh sáng. Theo định luật bảo toàn, tổng OAM của hệ phải không đổi, nếu photon ban đầu có OAM bằng 0, thì hai photon sinh ra sau khi tách phải có giá trị OAM đối nghịch nhau, ví dụ 1 và -1, sao cho tổng vẫn bằng 0.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật chuyển đổi tham số tự phát (SPDC, Spontaneous Parametric Down Conversion), vốn là phương pháp phổ biến để biến một photon năng lượng cao thành cặp photon năng lượng thấp hơn. Nhưng thay vì dùng chùm laser mạnh như các thí nghiệm trước đây, họ chỉ sử dụng một photon duy nhất làm nguồn "bơm" cho quá trình này. Đây là lần đầu tiên thí nghiệm kiểm tra định luật bảo toàn ở quy mô nhỏ đến vậy, từng photon một, chứ không phải giá trị trung bình của hàng triệu photon.
Thí nghiệm khó làm, thành công một trong một tỷ lần
Quá trình SPDC ở cấp độ đơn photon cực kỳ hiếm, chỉ một trong mỗi tỷ photon mới tách thành công thành hai. Để đạt được điều này, nhóm phải thiết kế hệ quang học ổn định tuyệt đối, giảm nhiễu nền đến mức thấp nhất, và sử dụng bộ dò photon nhạy cao. Sau hàng tỷ phép thử, họ thu được đủ dữ liệu để chứng minh rằng tổng mô men động lượng luôn được bảo toàn trong từng sự kiện riêng lẻ.
Bước đầu phát hiện hiện tượng rối lượng tử
Ngoài việc xác nhận quy luật bảo toàn, nhóm còn ghi nhận dấu hiệu ban đầu của hiện tượng rối lượng tử (quantum entanglement) trong các cặp photon được tạo ra, nghĩa là hai photon có thể chia sẻ trạng thái lượng tử chung, dù tách biệt về không gian.
Theo Giáo sư Robert Fickler, trưởng nhóm Quang học Lượng tử Thực nghiệm tại Tampere, phát hiện này là "một bước tiến quan trọng hướng đến việc tạo ra các trạng thái photon lượng tử phức tạp, nơi chúng rối với nhau theo mọi cách có thể, trong không gian, thời gian và phân cực."
Ý nghĩa và triển vọng
Thí nghiệm này không chỉ củng cố một trong những định luật nền tảng của vật lý, bảo toàn mô men động lượng, ở cấp độ hạt ánh sáng đơn lẻ, mà còn mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ lượng tử.
Máy tính lượng tử là gì? Sự khác biệt so với siêu máy tính?
Những photon mang mô men động lượng quỹ đạo có thể mã hóa thông tin ở nhiều mức khác nhau, không chỉ giới hạn trong "0" và "1", giúp tăng dung lượng và độ bảo mật của truyền thông lượng tử. Khi hiệu suất của các hệ SPDC được cải thiện, các nhà khoa học có thể tạo ra nguồn photon rối nhỏ gọn và hiệu quả hơn, phục vụ cho mạng lượng tử, điện toán lượng tử, và các kiểm nghiệm nền tảng của cơ học lượng tử.
Quảng cáo
Tóm lại, thí nghiệm của nhóm Tampere đã chứng minh rằng ngay cả một photon duy nhất cũng tuân thủ tuyệt đối các quy luật vật lý cổ điển, một minh chứng mạnh mẽ cho tính thống nhất giữa vật lý cổ điển và lượng tử, đồng thời là bước đệm cho thế hệ công nghệ lượng tử tiếp theo.
Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI 
==***==
Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp
==***==
Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
---
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP 
Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán 
Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay. 
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp 
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu 
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ 
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel 
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio 
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP 
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍 
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng 
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử 
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công 
==***== Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột 
Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA
Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công
==***==
Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Nguồn: Tinh Tế
Topics: Công nghệ mới
