Chip lượng tử (kích thước 1 x 1cm) được các nhà nghiên cứu của Đại học công nghệ Delft tạo ra để lắng nghe tín hiệu vô tuyến nhỏ nhất có thể được nhờ vào cơ học lượng tử – Ảnh Đại học Delft cung cấp

Trang tin Science Daily ngày 8-3 cho biết mạch lượng tử mới này sẽ mở ra cơ hội cho các ứng dụng trong tương lai ở các lĩnh vực như thiên văn vô tuyến và y học (MRI).

Nó cũng cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm có thể làm sáng tỏ sự tương tác giữa cơ học lượng tử và trọng lực.

Tất cả chúng ta đều cảm thấy khó chịu khi tín hiệu vô tuyến bị suy yếu tại một số thời điểm, ví dụ như khi đang nghe radio một bài hát yêu thích thì sóng bị nhiễu, sóng WiFi bị chập chờn do mang máy tính xách tay đi quá xa bộ định tuyến không dây.

Giải pháp thông thường sẽ là chọn một đài phát thanh khác hoặc mang máy tính xách tay lại gần bộ định tuyến hơn. Tuy nhiên, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể lắng nghe cẩn thận hơn?

Sóng vô tuyến yếu không chỉ là thách thức và gây khó chịu cho việc nghe radio, mà còn ảnh hưởng đến máy quét hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) tại các bệnh viện cũng như các kính viễn vọng được các nhà khoa học sử dụng để khám phá vũ trụ.

Khối lượng tử

Một trong những dự đoán kỳ lạ của cơ học lượng tử là năng lượng đến từ những khối nhỏ bé được gọi là “lượng tử”. Điều đó có nghĩa là gì?

“Lấy ví dụ tôi đang đẩy một đứa trẻ lên xích đu – nhà nghiên cứu chính Mario Gely nói – Trong lý thuyết vật lý cổ điển, nếu tôi muốn đứa trẻ đi nhanh hơn một chút thì tôi cần một cú đẩy nhỏ, với nhiều tốc độ và nhiều năng lượng hơn. Nhưng cơ học lượng tử lại nói khác: Tôi chỉ có thể tăng năng lượng cho đứa trẻ bằng một “bước lượng tử” tại một thời điểm. Việc chỉ đẩy một nửa bước là không thể”.

Đối với một đứa trẻ trên xích đu, những “bước lượng tử” này rất nhỏ để có thể nhận biết. Điều tương tự này cũng đúng với sóng vô tuyến cho đến gần đây.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Delft đã phát triển một mạch thực sự có thể phát hiện những khối năng lượng này trong tín hiệu tần số vô tuyến, mở ra tiềm năng cảm nhận sóng vô tuyến ở mức lượng tử.

Từ radio lượng tử đến trọng lực lượng tử?

Ngoài các ứng dụng trong cảm biến lượng tử, nhóm nghiên cứu còn quan tâm đến việc đưa cơ học lượng tử lên một tầm cao mới: khối lượng.

Trong khi lý thuyết về điện từ lượng tử đã được phát triển cách đây gần 100 năm, các nhà vật lý  đến nay vẫn còn bối rối về cách đưa lực hấp dẫn vào cơ học lượng tử.

“Bằng việc sử dụng radio lượng tử, chúng tôi muốn thử lắng nghe và kiểm soát các rung chuyển lượng tử của các vật thể nặng và từ đó khám phá thực nghiệm điều gì xảy ra khi trộn lẫn cơ học lượng tử với trọng lực” – Gely cho biết.

“Những thí nghiệm như vậy rất khó nhưng nếu thành công, chúng tôi sẽ có thể kiểm tra xem liệu có thể tạo ra sự chồng chất lượng tử của chính không – thời gian hay không, một khái niệm mới sẽ kiểm tra sự hiểu biết của chúng ta về cả cơ học lượng tử lẫn thuyết tương đối rộng”.