Công nghệ đằng sau thiết bị điện tử đoạt giải Nobel Vật lý 2025

3 nhà khoa học người Mỹ nhận giải Nobel Vật lý 2025. Ảnh: Le Monde.

Từ những phòng thí nghiệm lạnh đến mức gần bằng không tuyệt đối, 3 nhà khoa học John Clarke, Michel Devoret và John Martinis đã thực hiện những thí nghiệm làm thay đổi cách nhân loại hiểu về thế giới lượng tử. Giờ đây, họ được vinh danh bằng giải Nobel Vật lý 2025, phần thưởng cao quý cho hành trình 4 thập kỷ khám phá ranh giới giữa lý thuyết và thực tiễn.

Góc nhìn mới của vật lý lượng tử

Ngày 7/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố giải Nobel Vật lý 2025 thuộc về 3 nhà khoa học John Clarke, Michel Devoret và John Martinis. Họ được vinh danh vì “những thí nghiệm tiên phong đã giúp mở rộng hiểu biết về cách cơ học lượng tử vận hành trong thế giới vật chất”. Theo hội đồng trao giải, công trình của 3 nhà vật lý đã chứng minh rằng các hiệu ứng lượng tử có thể quan sát được trong những hệ thống có kích thước lớn hơn, chứ không chỉ giới hạn ở cấp độ nguyên tử.

Trong buổi họp báo trực tuyến sau lễ công bố, giáo sư John Clarke giảng dạy tại Đại học California, cho biết ông cảm thấy “choáng váng và xúc động” khi biết tin.

Vật lý lượng tử mở đường cho hàng loạt công nghệ trong tương lai. Ảnh: Bloomberg.

“Tôi chưa từng nghĩ công trình của mình có thể được ghi nhận ở mức này”, ông nói. Clarke chia sẻ thêm rằng chính những nguyên lý mà họ nghiên cứu đã trở thành nền tảng cho công nghệ hiện đại, từ điện thoại thông minh đến máy tính.

Các thí nghiệm của Clarke, Devoret và Martinis được thực hiện trong giai đoạn từ năm 1980-2000, tập trung vào việc quan sát các hiện tượng lượng tử trong mạch siêu dẫn. Kết quả cho thấy các trạng thái lượng tử có thể được duy trì đủ lâu để đo đạc, mở đường cho việc kiểm soát và khai thác chúng trong thực tế.

Những công trình này đặt nền tảng cho sự ra đời của máy tính lượng tử, thiết bị có thể xử lý thông tin nhanh hơn gấp hàng triệu lần so với máy tính hiện đại trong một số phép toán nhất định. Bên cạnh đó, các nghiên cứu còn giúp phát triển cảm biến lượng tử, công nghệ mã hóa không thể bị phá vỡ bằng phương pháp truyền thống và nhiều ứng dụng tiềm năng khác.

Kỷ nguyên máy tính lượng tử

Giáo sư Michel Devoret của Đại học Yale được biết đến là người tiên phong trong nghiên cứu bit lượng tử siêu dẫn (superconducting qubit), công nghệ hiện được các tập đoàn lớn như IBM, Google hay Intel sử dụng trong hệ thống máy tính lượng tử. Suốt hơn 40 năm nghiên cứu, ông cùng các cộng sự đã tìm ra cách duy trì trạng thái lượng tử ổn định, vốn là trở ngại lớn nhất trong lĩnh vực này.

John Martinis, Giáo sư tại Đại học California lại được nhớ đến với vai trò trưởng nhóm Google Quantum AI. Năm 2019, ông dẫn dắt nhóm nghiên cứu thực hiện cột mốc ưu thế lượng tử (quantum supremacy), khi máy tính lượng tử của Google hoàn thành một phép tính phức tạp trong 200 giây, điều mà siêu máy tính mạnh nhất thế giới khi đó phải mất hàng nghìn năm mới làm được. Thành tựu này đánh dấu bước tiến quan trọng trong lịch sử tính toán.

John Clarke (trái), Michel H Devoret (giữa) và John M Martinis (phải) là những nhà khoa học nhận giải Nobel Vật lý 2025. Ảnh: Physics World.

Tuy nhiên, Martinis rời Google vào năm 2020. Trong bài phỏng vấn với Forbes, ông cho biết quyết định này xuất phát từ mong muốn quay trở lại với nghiên cứu cơ bản. Ông thừa nhận môi trường doanh nghiệp có thể giúp đẩy nhanh tiến độ, nhưng đôi khi cũng giới hạn khả năng sáng tạo.

“Khoa học không thể bị thúc ép theo thời gian biểu của thị trường”, Martinis chia sẻ.

Đối với John Clarke, người lớn tuổi nhất trong 3 nhà khoa học, giải thưởng Nobel là sự công nhận xứng đáng cho cả một đời cống hiến. Ông từng là người đầu tiên chứng minh rằng các mạch điện siêu dẫn có thể xuất hiện hành vi lượng tử rõ rệt, từ đó đặt nền móng cho việc chế tạo qubit hiện nay. Clarke tin rằng nghiên cứu này chỉ mới “chạm đến phần nổi của tảng băng” và những thế hệ nhà vật lý trẻ sẽ còn tiến xa hơn trong việc ứng dụng cơ học lượng tử.

Theo Reuters, dù triển vọng ứng dụng của máy tính lượng tử rất lớn, lĩnh vực này vẫn đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt trong việc duy trì độ ổn định và tính chính xác của qubit trong thời gian dài. Tuy nhiên, giải Nobel năm nay cho thấy cộng đồng khoa học tin tưởng rằng công nghệ lượng tử đang tiến từ giai đoạn thử nghiệm sang giai đoạn ứng dụng thực sự.

Minh Hoàng