Nobel Vật lý 2025 trao cho 3 nhà khoa học Mỹ nghiên cứu về cơ học lượng tử

Ngày 7-10, Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố trao giải Nobel Vật lý năm 2025 cho các nhà khoa học John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis “vì khám phá ra hiệu ứng đường hầm cơ học lượng tử vĩ mô và lượng tử hóa năng lượng trong mạch điện”. Cả 3 đều là người Mỹ.

John Clarke rất bất ngờ khi biết mình được trao giải Nobel Vật lý năm nay. Ông chia sẻ: “Tôi hoàn toàn sửng sốt. Tôi chưa từng nghĩ đó sẽ là cơ sở cho giải Nobel”.

John Clarke (83 tuổi), sinh tại Anh, giáo sư Đại học California Berkeley, Mỹ; Michel H. Devoret (72 tuổi), sinh tại Pháp, giáo sư tại Đại học Yale và Đại học California Santa Barbara, Mỹ; John M. Martinis (67 tuổi), giáo sư tại Đại học California Santa Barbara, Mỹ.

Năm 1984 và 1985, John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis đã tiến hành một loạt thí nghiệm với mạch điện làm từ các chất siêu dẫn – thành phần có thể dẫn dòng điện mà không có điện trở. Trong mạch, các linh kiện siêu dẫn chia tách bằng một lớp mỏng vật liệu không dẫn điện, tạo thành cấu trúc “tiếp giáp Josephson”. Bằng cách tinh chỉnh và đo lường mọi đặc tính của mạch, các nhà nghiên cứu đã thành công kiểm soát và khám phá những hiện tượng xảy ra khi cho dòng điện chạy qua. Các hạt tích điện cùng nhau di chuyển qua chất siêu dẫn, tạo thành hệ thống hoạt động như thể chúng là một hạt duy nhất lấp đầy toàn bộ mạch.

Hệ thống giống hạt vĩ mô này ban đầu ở trạng thái dòng điện chạy qua mà không có bất kỳ điện áp nào. Hệ thống mắc kẹt trong trạng thái này, giống như đứng sau một rào cản không thể vượt qua. Trong thí nghiệm, hệ thống thể hiện tính chất lượng tử bằng cách thoát khỏi trạng thái điện áp bằng 0 nhờ hiệu ứng đường hầm. Hệ thống được phát hiện thay đổi trạng thái khi điện áp xuất hiện.

Các nhà khoa học đoạt giải cũng chỉ ra hệ thống hoạt động đúng như dự đoán của cơ học lượng tử: nó được lượng tử hóa, tức chỉ hấp thụ hoặc phát ra mức năng lượng cụ thể.

Bóng bán dẫn cho microchip máy tính là một ví dụ về công nghệ lượng tử đã được chứng minh. Giải Nobel Vật lý năm nay mang đến cơ hội phát triển công nghệ lượng tử thế hệ tiếp theo, bao gồm mã hóa lượng tử, máy tính lượng tử và cảm biến lượng tử.

“Thật tuyệt vời khi có thể tôn vinh cách mà cơ học lượng tử không ngừng mang đến những bất ngờ mới dù đã tồn tại cả thế kỷ. Nó cũng vô cùng hữu ích, vì cơ học lượng tử là nền tảng của mọi công nghệ số”, Olle Eriksson, Chủ tịch Hội đồng Nobel Vật lý, phát biểu.