Nobel 2025: Khi “thế giới lượng tử” trở nên hữu hình

(Ngày Nay) - Từ lâu, thế giới lượng tử vẫn được xem là vùng không gian “kỳ lạ” nơi các hạt có thể xuyên qua vật cản, tồn tại ở hai trạng thái cùng lúc và thách thức mọi quy luật trực giác của con người. Thế nhưng, bộ 3 nhà khoa học John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis đã khiến điều tưởng chừng chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm vi mô ấy trở nên hữu hình – ngay trong một mạch điện có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Nobel 2025: Khi “thế giới lượng tử” trở nên hữu hình

Ngày 7/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã trao Giải Nobel Vật lý 2025 cho 3 nhà khoa học John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis) đã được trao giải Nobel Vật lý 2025 vì “phát hiện hiệu ứng đường hầm cơ học lượng tử ở quy mô vĩ mô và lượng tử hóa năng lượng trong mạch điện”. Họ sẽ chia đều giải thưởng trị giá 11 triệu kronor Thụy Điển (tương đương 1,17 triệu USD).

Cơ học lượng tử chi phối thế giới vi mô của các nguyên tử và electron – nơi các hạt electron có thể “xuyên tường” qua các rào cản năng lượng và chỉ hấp thụ năng lượng theo từng mức cố định gọi là lượng tử. Ở cấp độ vĩ mô của thế giới con người, những hiệu ứng này dường như biến mất. Đơn cử: một quả bóng, với cấu tạo từ vô số nguyên tử, không bao giờ có thể xuyên qua tường.

Thắc mắc về điều này, trong thập niên 1980 tại Đại học California, ba nhà khoa học Clarke, Devoret và Martinis bắt đầu thử nghiệm xem liệu các quy luật lượng tử có tồn tại ở kích thước đủ lớn để nhìn thấy bằng mắt thường hay không.

Để kiểm chứng, họ tạo ra một mạch điện Josephson – nơi hai chất siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp cách điện siêu mỏng. Trong kim loại thông thường, các electron va chạm với vật liệu và với nhau, nhưng trong chất siêu dẫn được làm lạnh gần độ 0 tuyệt đối, chúng tạo thành các cặp Cooper chuyển động đồng bộ không có điện trở và cùng chia sẻ một hàm sóng lượng tử duy nhất.

Khi nhóm nghiên cứu giữ mạch điện ở trạng thái điện áp bằng 0, theo vật lý cổ điển, mạch điện lẽ ra phải đứng yên. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu cho thấy đôi khi mạch điện đột ngột “thoát ra” – không phải do nhiệt, mà nhờ hiện tượng chui hầm lượng tử để xuyên qua rào cản năng lượng. Đó là bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy các quy luật lượng tử vẫn tồn tại ở thế giới vĩ mô.

Tiếp đó, khi chiếu sóng vi ba vào mạch điện, ba nhà khoa học quan sát thấy các đỉnh cộng hưởng sắc nét ở các tần số cụ thể. Mỗi đỉnh tương ứng với khoảng cách năng lượng giữa hai trạng thái lượng tử hóa, cho thấy năng lượng của mạch chỉ có thể nhận các giá trị rời rạc. Nói cách khác, một thiết bị được tạo thành từ hàng tỷ electron đang hoạt động như một hệ lượng tử duy nhất.

Trước khi có thí nghiệm này, hiệu ứng đường hầm lượng tử và lượng tử hóa năng lượng chỉ được quan sát trong các nguyên tử và hạt hạ nguyên tử. Bà Eva Olsson – một thành viên Ủy ban Nobel – đánh giá công trình nghiên cứu của bộ ba nhà khoa học John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis đã “mở ra cánh cửa dẫn đến một thế giới khác”. Bà nêu rõ: “Khi hiện tượng lượng tử được đưa lên quy mô vĩ mô, chúng ta có thể chạm vào, điều khiển và quan sát chúng – đó là khởi đầu cho những cấu trúc và công nghệ hoàn toàn mới”.

Trong khi đó, ông Olle Eriksson - Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý - gọi đây là minh chứng cho việc cơ học lượng tử vô cùng hữu ích và là nền tảng của toàn bộ công nghệ kỹ thuật số hiện nay.

Những khám phá của ba nhà khoa học Clarke, Devoret và Martinis đã đặt nền móng cho máy tính lượng tử. Đến cuối thập niên 1990, các nhà khoa học phát triển các bit lượng tử (qubit) – đơn vị thông tin lượng tử – dựa trên nguyên lý năng lượng mà bộ ba tiên phong này chứng minh.

Ông Martinis sau đó cũng đã ứng dụng phương pháp này để tạo ra bộ xử lý lượng tử siêu dẫn đầu tiên, nơi các qubit có thể dao động tinh tế giữa mức “0” và “1” trong trạng thái chồng chập lượng tử tinh vi.

Theo Ủy ban Nobel, bóng bán dẫn trong vi mạch máy tính hiện nay là một ví dụ về cách cơ học lượng tử đã trở thành nền tảng cho công nghệ hằng ngày, đặt nền móng cho thế hệ công nghệ lượng tử tiếp theo, bao gồm mật mã lượng tử, máy tính lượng tử và cảm biến lượng tử.

Vui xuân Bính Ngọ - Sắc màu văn hóa Hưng Yên
Vui xuân Bính Ngọ - Sắc màu văn hóa Hưng Yên
(Ngày Nay) - Tiếp nối sứ mệnh bảo tồn và lan tỏa các giá trị di sản, Bảo tàng Dân tộc học Việt Nam giới thiệu chương trình “Vui xuân Bính Ngọ: Sắc màu văn hóa Hưng Yên” . Sự kiện sẽ diễn ra trong hai ngày mồng 5 và mồng 6 Tết (tức ngày 21 & 22/02/2026), hứa hẹn mang đến một không gian Tết truyền thống kết hợp cùng những trải nghiệm thú vị khám phá di sản văn hóa Hưng Yên, đáp ứng nhu cầu tìm hiểu văn hóa của công chúng trong dịp nghỉ lễ.
Thăm làng dược liệu độc nhất vô nhị tại Việt Nam
Thăm làng dược liệu độc nhất vô nhị tại Việt Nam
(Ngày Nay) - Làng Nghĩa Trai có tuổi đời gần 1.000 năm nổi tiếng với nghề trồng và chế biến dược liệu truyền thống, đặc biệt hoa cúc chi "tiến vua," mệnh danh là “làng dược liệu” độc nhất vô nhị của Việt Nam.
Olympic mùa Đông 2026: Bước ngoặt cho tương lai
Olympic mùa Đông 2026: Bước ngoặt cho tương lai
(Ngày Nay) - Sau hơn 2 tuần tranh tài sôi động, Thế vận hội mùa Đông Milan-Cortina 2026 đã khép lại, để lại dấu ấn sâu đậm không chỉ ở thành tích mà còn ở tinh thần thể thao, những câu chuyện nhân văn và định hình lại cách tổ chức Olympic trong tương lai. Chủ tịch Ủy ban Olympic quốc tế (IOC) Kirsty Coventry nhận định kỳ đại hội này đã “vượt mọi kỳ vọng”, trở thành minh chứng cho sức sống bền bỉ của phong trào Olympic trong bối cảnh thế giới nhiều biến động.
Phát triển mô hình AI thúc đẩy thám hiểm không gian sâu
Phát triển mô hình AI thúc đẩy thám hiểm không gian sâu
(Ngày Nay) - Các nhà nghiên cứu đa ngành của Đại học Thanh Hoa (Trung Quốc) đã phát triển một mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) dành cho việc chụp ảnh thiên văn, giúp tăng cường đáng kể khả năng quan sát những vùng sâu thẳm nhất của vũ trụ.
Đoàn rước kiệu Lễ Tế.
Linh thiêng Lễ hội Đền Mẫu Âu Cơ
(Ngày Nay) -  Ngày 23/2 (tức mùng 7 tháng Giêng), nhân ngày “Tiên Giáng”, xã Hiền Lương, tỉnh Phú Thọ tổ chức Lễ dâng hương tưởng niệm, thành kính tri ân công đức Tổ Mẫu Âu Cơ.