Máy tính lượng tử dự đoán vận mệnh gây "sốc" của vũ trụ

Bạn có bao giờ nghĩ rằng, toàn bộ vũ trụ thực tại của chúng ta có thể chỉ đang tồn tại trên một nền tảng mong manh, có thể bị phá vỡ và sụp đổ bất kỳ lúc nào?

Nếu điều đó là sự thật, một thiết bị do các nhà vật lý châu Âu phát triển có thể giúp chúng ta dự đoán cách mà vũ trụ này sẽ kết thúc.

Bằng cách sử dụng một quy trình gọi là ủ lượng tử (quantum annealing), các nhà nghiên cứu đã chứng minh một phương pháp có thể nghiên cứu sâu về động lực học của thực tại.

Tại đó, nếu các quy luật lượng tử bị viết lại với tốc độ ánh sáng, thực tại mà chúng ta vẫn biết có thể chứng kiến sự sụp đổ hoàn toàn.

Sự sụp đổ của toàn bộ vũ trụ diễn ra thế nào?

Nhà vật lý lý thuyết Zlatko Papic từ Đại học Leeds, Anh - tác giả chính của nghiên cứu - cho biết: "Chúng tôi đang cố gắng phát triển những hệ thống cho phép thực hiện các thí nghiệm đơn giản nhằm nghiên cứu các hiện tượng vật lý bất thường".

Theo lý giải của Zlatko Papic, quy mô thời gian diễn ra trong vũ trụ là vô cùng lớn, nhưng với phương pháp ủ lượng tử, chúng ta có thể quan sát toàn bộ quá trình này trong thời gian thực, nghĩa là thực sự thấy những gì đang diễn ra.

Lý thuyết này từng được nhắc tới vào cuối thế kỷ 20, bởi 2 nhà vật lý lý thuyết người Mỹ là Sidney Coleman và Frank De Luccia. Họ đã đưa ra một quan điểm đáng lo ngại, rằng không có gì đảm bảo rằng trạng thái năng lượng thấp nhất của vũ trụ thực sự là thấp nhất.

Nói cách khác, vũ trụ của chúng ta có thể chỉ đang tồn tại một cách "tạm bợ" trên một nền tảng không ổn định, còn phía dưới là vực sâu hỗn loạn.

Họ gọi đây là một môi trường chân không giả (false vacuum), và nó vẫn tồn tại thay cho một trạng thái chân không tuyệt đối.

Điều này thực sự đáng lo ngại vì khi một môi trường chân không thật (true vacuum bubble) xuất hiện, nó có thể mở rộng với tốc độ ánh sáng, quét sạch toàn bộ các quy luật vật lý hiện có, khiến vũ trụ sụp đổ như những lá bài được xếp thành hình ngôi nhà.

Và thứ mà chúng ta cần là những thí nghiệm có kiểm soát để quan sát và xác định tốc độ diễn ra của quá trình này.

Phép mô phỏng bằng ủ lượng tử

Thực hiện một thí nghiệm mô phỏng sự sụp đổ của vũ trụ không phải điều dễ dàng, nhưng nhóm nghiên cứu của Zlatko Papic đã tìm ra một cách tiếp cận đầy triển vọng, như đã đề cập, là sử dụng máy tính lượng tử để xây dựng mô hình ủ lượng tử.

Công nghệ này khai thác tính chất bất định của cơ học lượng tử để tìm kiếm một trạng thái tối ưu trong một tập hợp các khả năng có thể xảy ra.

Hệ thống của họ bao gồm hàng nghìn đơn vị siêu dẫn hoạt động như các qubit (PV: viết tắt của quantum bit - là đơn vị thông tin cơ bản trong điện toán lượng tử) trong một máy tính lượng tử, cho phép mô phỏng một không gian 1 chiều đơn giản gồm các trạng thái chân không dao động.

Kết quả từ nghiên cứu này xác nhận rằng kích thước của một "bong bóng", hay sụp đổ chân không, có thể được quyết định bởi sự cân bằng giữa năng lượng thu được từ sự suy giảm đột ngột bên trong nó và năng lượng bị mất từ bề mặt "bong bóng".

Nếu có nhiều "bong bóng" hình thành, chúng có thể tương tác theo cách phức tạp, trong đó các "bong bóng" nhỏ hơn có thể ảnh hưởng đến sự mở rộng của các "bong bóng" lớn hơn.

Dù nghiên cứu này chưa thể trả lời câu hỏi rằng liệu môi trường chân không giả có thực sự tồn tại hay không, cũng như khả năng vũ trụ sụp đổ trong vài nghìn tỷ năm tới, nhưng đây là một bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về những khái niệm vật lý cơ bản.