Nobel Vật lý 2025, khi công nghệ lượng tử bước khỏi phòng thí nghiệm
Ba nhà vật lý được vinh danh Nobel Vật lý 2025 nhờ đưa hiệu ứng lượng tử ra quy mô vĩ mô, mở đường cho kỷ nguyên mới của máy tính và công nghệ lượng tử.
Chiều 7/10 (theo giờ Hà Nội), Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã công bố Giải Nobel Vật lý 2025 thuộc về các nhà khoa học gồm: John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis. Họ được vinh danh nhờ phát hiện hiệu ứng đường hầm cơ học lượng tử ở quy mô vĩ mô và lượng tử hóa năng lượng trong mạch điện.
Theo thông cáo của Ủy ban Nobel, bộ ba đã thực hiện thành công các thí nghiệm quan sát hiện tượng lượng tử đặc trưng, vốn chỉ thấy ở nguyên tử hoặc hạt đơn lẻ trong các hệ thống siêu dẫn đủ lớn để có thể đo đạc trực tiếp bằng thiết bị hiện đại.
Công trình được đánh giá là “bước ngoặt đưa cơ học lượng tử từ lý thuyết sang ứng dụng”, đặt nền móng cho máy tính lượng tử, truyền thông lượng tử và cảm biến lượng tử siêu nhạy.
Chủ nhân giải thưởng Nobel Vật lý 2025 John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis. Ảnh: Nobel Prize.
Khám phá trọng yếu, lượng tử “cỡ lớn” không còn là giấc mơ
Các thí nghiệm đoạt giải tập trung vào hai hiện tượng nổi bật của cơ học lượng tử: hiệu ứng đường hầm (quantum tunneling) và lượng tử hóa năng lượng (quantised energy levels) nhưng tiến một bước xa hơn: chúng được chứng minh trong hệ thống đủ lớn để “cầm trên tay”.
Trước đây, các hiệu ứng này được xem là chỉ tồn tại ở cấp độ nguyên tử hoặc hạt vi mô. Nhưng Clarke, Devoret và Martinis đã thiết kế mạch điện siêu dẫn dùng tiếp giáp Josephson linh kiện dị thường ở ranh giới giữa dẫn điện và cách điện để quan sát dòng điện “mắc kẹt” và sau đó “thoát” qua rào cản nhờ hiệu ứng hầm lượng tử.
Họ cũng quan sát rằng hệ mạch này hấp thụ hoặc phát năng lượng theo “bậc” rời rạc, tức là lượng tử hóa một đặc tính thường thấy ở các hệ lượng tử vi mô nhưng giờ hiện rõ ở quy mô lớn.
Theo Hội đồng Nobel, những phát hiện này “mở ra cơ hội phát triển thế hệ công nghệ lượng tử tiếp theo”, từ mật mã lượng tử, máy tính lượng tử đến cảm biến lượng tử.
Từ phòng thí nghiệm đến giải Nobel
Công trình này là kết quả của gần 40 năm nghiên cứu kiên trì. Từ giữa thập niên 1980, John Clarke (Đại học California, Berkeley) và Michel Devoret (khi đó đang làm việc tại Pháp) bắt đầu thiết kế những mạch siêu dẫn đặc biệt để kiểm chứng các dự đoán lý thuyết về dòng điện lượng tử.
Thí nghiệm đòi hỏi điều kiện khắt khe: nhiệt độ gần độ không tuyệt đối, môi trường cách ly khỏi nhiễu điện từ, và thiết bị đo có độ chính xác cực cao.
Các tín hiệu thu được ban đầu yếu đến mức có thể bị nhầm với nhiễu nền. Nhưng nhóm nghiên cứu đã lặp lại hàng nghìn phép đo, tinh chỉnh thiết bị cho đến khi chứng minh được rằng hiện tượng quan sát là thực sự lượng tử.
Những kết quả này đặt nền móng cho nghiên cứu qubit siêu dẫn, hướng đi mà John Martinis sau này phát triển tại Đại học California, Santa Barbara, trở thành một trong những công nghệ chủ đạo của máy tính lượng tử hiện nay.
Giáo sư John Clarke (Đại học California, Berkeley) chia sẻ qua điện thoại trong lễ công bố giải, rằng rất bất ngờ, không nghĩ công trình lại đoạt giải Nobel.
“Tôi thực sự ngạc nhiên và xúc động. Chưa bao giờ tôi nghĩ rằng những công trình mình theo đuổi lại có thể được vinh danh bằng một giải Nobel. Nhưng rõ ràng, ngay cả chiếc điện thoại mà chúng ta đang dùng để trò chuyện hôm nay cũng hoạt động được là nhờ cơ học lượng tử nền tảng của mọi công nghệ hiện đại”, ông nói.
Công trình mở đường cho công nghệ lượng tử
Ủy ban Nobel đánh giá, công trình của ba nhà vật lý đã “biến vật lý lượng tử từ lĩnh vực lý thuyết thuần túy thành nền tảng công nghệ có thể ứng dụng”. Từ các mạch Josephson đến qubit siêu dẫn, thế giới đang chứng kiến sự dịch chuyển từ “hiểu cơ học lượng tử” sang “khai thác cơ học lượng tử”.
Nghiên cứu này “mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ lượng tử. Những phát hiện của Clarke, Devoret và Martinis đặt nền móng cho ba hướng ứng dụng chính: máy tính lượng tử, mật mã lượng tử và cảm biến lượng tử.
Ông Olle Eriksson, Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý, bày tỏ: “Thật tuyệt vời khi được tôn vinh cơ học lượng tử, một lĩnh vực đã tồn tại hàng thế kỷ nhưng vẫn không ngừng mang đến những bất ngờ mới. Điều đáng nói hơn, nó không chỉ là tri thức nền tảng của khoa học mà còn là nền móng của toàn bộ công nghệ số hiện đại”.
Lễ trao các giải Nobel sẽ được tổ chức vào ngày 10/12 tới tại Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na Uy). Mỗi giải thưởng gồm huy chương, bằng chứng nhận cá nhân và khoản tiền thưởng 11 triệu kronor Thụy Điển (tương đương 1,2 triệu USD).
Ông John Clarke, sinh năm 1942 tại Cambridge, Vương quốc Anh. Ông nhận bằng Tiến sỹ năm 1968 tại Đại học Cambridge và hiện là Giáo sư tại Đại học California, thành phố Berkeley (Mỹ).
Ông Michel H. Devoret, sinh năm 1953 tại Paris (Pháp). Ông nhận bằng Tiến sỹ năm 1982 tại Đại học Paris-Sud (Pháp) và hiện là Giáo sư tại Đại học Yale, New Haven, CT và Đại học California, thành phố Santa Barbara (Mỹ).
Trong khi đó, ông John M. Martinis, sinh năm 1958, được cấp bằng Tiến sỹ năm 1987 của Đại học California, Berkeley và hiện là Giáo sư tại Đại học California, thành phố Santa Barbara.
Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, 118 giải Nobel Vật lý đã được trao kể từ năm 1901.
Người trẻ nhất nhận được giải thưởng danh giá này khi mới 25 tuổi là nhà khoa học người Australia William Lawrence Bragg (Nobel 1915).
Người cao tuổi nhất 96 tuổi được vinh danh ở giải thưởng này là nhà khoa học người Mỹ Arthur Ashkin (Nobel 2018).
Đây là giải thưởng thứ 2 được công bố trong mùa giải Nobel năm 2025. Các giải thưởng tiếp theo sẽ được công bố gồm giải Nobel Hóa học (ngày 8/10) và giải Nobel Văn học (ngày 9/10).
Giải Nobel Hòa bình (ngày 10/10) là giải thưởng duy nhất được công bố ở Oslo (Na Uy). Trong khi đó, giải Nobel Kinh tế sẽ khép lại Tuần lễ Nobel 2025 vào ngày 13/10.
