Nobel Vật lý 2025 vinh danh ba nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực lượng tử

Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, ba nhà khoa học người Mỹ gồm John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis đã được trao giải Nobel Vật lý 2025 vì đã phát hiện ra hiện tượng chui hầm lượng tử ở cấp vĩ mô và sự lượng tử hóa năng lượng trong một mạch điện.

Cụ thể, nhà khoa học John Clarke (Đại học California, Berkeley) và nhà khoa học Michel Devoret (Đại học Yale) là những người tiên phong trong việc phát triển các mạch điện siêu dẫn, trong đó dòng điện di chuyển không có điện trở, ngay cả ở nhiệt độ cực thấp.

Giải Nobel Vật lý 2025 vinh danh 3 nhà khoa học Mỹ trong lĩnh vực lượng tử. Ảnh: Nobel Prize

Họ phát hiện ra rằng trong các mạch điện này, dòng điện có thể chui qua rào cản năng lượng – một hiện tượng gọi là chui hầm lượng tử (quantum tunnelling). Đặc biệt, họ chứng minh rằng hiện tượng này vẫn xảy ra trong hệ thống có hàng tỷ hạt electron – một quy mô vĩ mô so với thế giới vi mô của nguyên tử.

Công trình của họ sử dụng các mối nối Josephson – lớp cách điện cực mỏng giữa hai vật liệu siêu dẫn, để tạo ra hệ thống cho phép đo đạc sự thay đổi năng lượng lượng tử. Khi chiếu sóng vi ba vào mạch, họ phát hiện hệ thống chỉ hấp thụ năng lượng ở những tần số nhất định, nghĩa là năng lượng trong mạch được lượng tử hóa, tương tự như các mức năng lượng trong nguyên tử.

Trong khi đó, nhà vật lý John M. Martinis (Đại học California, Santa Barbara) đã phát triển ý tưởng của hai đồng nghiệp thành ứng dụng thực tế, chế tạo qubit siêu dẫn – đơn vị cơ bản của máy tính lượng tử.

Các qubit này được xây dựng từ chính các mạch điện siêu dẫn đã thể hiện hành vi lượng tử. Nhờ đó, con người có thể điều khiển và đọc được trạng thái lượng tử của hệ thống, mở đường cho việc phát triển máy tính lượng tử quy mô lớn - công nghệ có tiềm năng vượt xa máy tính cổ điển trong xử lý dữ liệu, mô phỏng vật chất phức tạp và mã hóa thông tin bảo mật

Ủy ban Nobel nhận định, công trình của ba nhà khoa học này đã biến vật lý lượng tử từ lý thuyết thành công cụ thực tiễn, đưa con người tiến gần hơn đến kỷ nguyên tính toán lượng tử.

Trước đó, giải Nobel Vật lý năm 2024 thuộc về hai nhà khoa học John Joseph Hopfield - người Mỹ và Geoffrey Everest Hinton - người Canada gốc Anh, nhờ những khám phá và phát minh cơ bản cho phép học máy sử dụng mạng lưới thần kinh nhân tạo.

Giải Nobel Vật lý là một trong sáu giải thưởng danh giá do Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển trao tặng hằng năm. Tính đến năm 2024, hạng mục này đã được trao tổng cộng 227 lượt cho 226 nhà khoa học, do nhà vật lý John Bardeen hai lần được nhận giải (vào các năm 1956 và 1972). Tổng cộng 47 giải được trao cho một người, 33 giải được trao cho hai người và 38 giải được trao cho ba người.

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 được vinh danh ở giải thưởng này là nhà khoa học người Mỹ Arthur Ashkin (Nobel 2018) khi ông 96 tuổi.

Trong số 226 nhà khoa học từng được trao Giải Nobel Vật lý, có năm phụ nữ. Nổi bật trong đó là Marie Curie – người hai lần được vinh danh với giải Nobel, gồm Vật lý (1903) và Hóa học (1911).

Được biết, từ ngày 6 - 13/10, các giải thưởng Nobel năm 2025 lần lượt được công bố, với lễ trao giải chính thức sẽ được tổ chức vào ngày 10/12 — kỷ niệm ngày mất của nhà khoa học Alfred Nobel. Mỗi giải thưởng trị giá 11 triệu krona Thụy Điển (khoảng 1 triệu USD).

Giải đầu tiên được vinh danh hôm 6/10 là Nobel Y sinh, thuộc về ba nhà khoa học Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell và Shimon Sakaguchi, vì những khám phá cơ bản về cơ chế dung nạp miễn dịch ngoại vi (peripheral tolerance) — giúp hệ miễn dịch nhận biết để không tấn công chính cơ thể mình. Thành tựu này mở ra hướng ứng dụng mới trong điều trị các bệnh tự miễn như lupus, viêm khớp dạng thấp và tiểu đường type 1.

Kim Khánh