Các nhà vật lý vừa đặt dấu hỏi cho một định đề lâu đời của cơ học lượng tử: liệu số ảo có thực sự cần thiết hay không? Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Heinrich Heine Düsseldorf (HHU) và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) đã chỉ ra một kết quả đầy bất ngờ — cơ học lượng tử hoàn toàn có thể được mô tả bằng các số thực thông thường. Công trình này đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters và được Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ xếp hạng Tiêu điểm (Highlight).
Trong nhiều thập kỷ, lý thuyết này dựa trên số phức, nơi phần thực mã hóa biên độ của trạng thái lượng tử, còn phần ảo biểu thị pha của nó. Người ta từng tin rằng những con số kỳ lạ này (với bình phương là một số âm) là không thể thay thế: nếu thiếu chúng, không thể mô tả các hiện tượng lượng tử then chốt — từ sự giao thoa đến sự rối lượng tử. Năm 2021, một nhóm nghiên cứu quốc tế do Marc-Olivier Renou dẫn đầu đã công bố một bài báo trên tạp chí Nature, chứng minh rằng bất kỳ phiên bản cơ học lượng tử nào chỉ dựa trên số thực đều có thể bị bác bỏ bằng thực nghiệm. Điều này tưởng chừng như là kết luận cuối cùng cho vấn đề.
Tuy nhiên, Giáo sư Dagmar Bruß và nghiên cứu sinh tiến sĩ Pedro Barrios Hita đã xem xét lại một trong những giả định then chốt. Thay vì yêu cầu sự đồng nhất hoàn toàn về mặt toán học khi kết hợp các hệ lượng tử, họ áp dụng một hướng tiếp cận khác dựa trên ý nghĩa vật lý hơn là các định đề hình thức: nếu một thao tác chỉ tác động lên một trong hai hệ thống con độc lập, nó sẽ không gây ra hiệu ứng đo lường được lên hệ thống còn lại. Điều kiện đơn giản và logic này hóa ra lại là chìa khóa giải quyết vấn đề.
Kết quả đã khiến nhóm nghiên cứu kinh ngạc: một hệ thống các lý thuyết lượng tử mới đã ra đời, được xây dựng hoàn toàn dựa trên số thực nhưng vẫn đưa ra những dự đoán chính xác như cơ học lượng tử tiêu chuẩn — đối với mọi thí nghiệm có thể hình dung được.
"Cả hai khung lý thuyết đều đưa ra những dự đoán giống hệt nhau cho bất kỳ thí nghiệm nào có thể thực hiện được," Giáo sư Bruß giải thích. "Điều này có nghĩa là trong khuôn khổ cách tiếp cận này, số ảo không phải là yếu tố thiết yếu về mặt nền tảng trong cơ học lượng tử và về nguyên tắc có thể được thay thế bằng các công thức thay thế sử dụng số thực."
Điều này có ý nghĩa gì đối với thực tế — từ máy tính lượng tử đến truyền thông bảo mật? Đây vẫn là một câu hỏi mở, và các nhà thực nghiệm mới chỉ bắt đầu xem xét những hệ quả tiềm tàng. Tuy nhiên, sự tồn tại của một công thức tương đương như vậy sẽ thay đổi hoàn toàn hiểu biết của chúng ta về các nền tảng toán học của lý thuyết: hóa ra, những gì vốn được coi là đặc điểm cơ bản của thực tại vật lý có thể chỉ là một công cụ tính toán tiện lợi.
