Singapore chế tạo đồng hồ nguyên tử chính xác nhất thế giới

Nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Công nghệ Lượng tử của Đại học Quốc gia Singapore cho biết chiếc đồng hồ có độ chính xác cao hơn khoảng 4 lần so với kỷ lục trước đó do các nhà khoa học Trung Quốc thiết lập.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, sau khoảng một thập kỷ phát triển. Công nghệ mới có thể góp phần nâng cao độ chính xác của các hệ thống đo thời gian và hỗ trợ nghiên cứu khả năng định nghĩa lại đơn vị giây trong tương lai.

Đồng hồ cũng có thể được sử dụng để kiểm tra những lý thuyết vật lý cơ bản, trong đó có thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, cũng như hỗ trợ nghiên cứu về vật chất tối.

Chiếc đồng hồ sử dụng một ion lutetium duy nhất và chỉ sai một giây sau 260 tỷ năm, lâu hơn gần 20 lần tuổi của vũ trụ. Ảnh: YouTube/Trung tâm Công nghệ Lượng tử

Chiếc đồng hồ sử dụng một ion duy nhất của lutetium, một nguyên tố thuộc nhóm đất hiếm. Các nhà nghiên cứu cho biết độ chính xác của thiết bị cao đến mức nó chỉ sai lệch một giây sau khoảng 260 tỷ năm, gần 20 lần tuổi ước tính của vũ trụ.

Kỷ lục này vượt qua đồng hồ nguyên tử do một nhóm thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển tại Vũ Hán. Nó cũng vượt qua đồng hồ ion nhôm được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ công bố năm 2025.

Trưởng nhóm nghiên cứu Murray Barrett cho biết ông chưa thấy có công nghệ nào có thể dễ dàng vượt qua độ ổn định của chiếc đồng hồ này trong tương lai gần. Một trong những lợi thế của lutetium là khả năng ít bị ảnh hưởng bởi thay đổi nhiệt độ và từ trường.

Theo Đại học Quốc gia Singapore, đặc tính này giúp đồng hồ duy trì độ ổn định trong những điều kiện nhiệt độ rất khác nhau, từ môi trường nóng khắc nghiệt đến vùng lạnh giá ở Nam Cực.

Để kiểm tra độ chính xác, nhóm nghiên cứu chế tạo hai đồng hồ lutetium độc lập và cho chúng hoạt động song song. Sau 200 giờ đo, kết quả của hai thiết bị chỉ khác nhau trong phạm vi 5,7 phần trên 10¹⁹. Theo nhóm nghiên cứu, đây là phép so sánh có độ chính xác cao nhất từng được thực hiện giữa hai đồng hồ nguyên tử.

Đồng hồ nguyên tử đóng vai trò quan trọng trong nhiều công nghệ hiện đại. Những thiết bị này sử dụng các chuyển đổi năng lượng của nguyên tử để đo thời gian với độ chính xác cực cao, cung cấp cơ sở cho hệ thống định vị GPS, viễn thông và nhiều công nghệ đồng bộ hóa khác.

Trong lịch sử, con người từng dựa vào chuyển động của Mặt trời, Trái đất và Mặt trăng để xác định thời gian. Đồng hồ cơ học xuất hiện tại châu Âu từ thế kỷ 13 giúp việc đo thời gian không còn phụ thuộc trực tiếp vào quan sát bầu trời.

Ngày nay, các phòng thí nghiệm tại Mỹ, Trung Quốc, châu Âu và Nhật Bản đang phát triển những thế hệ đồng hồ nguyên tử mới, trong đó nhiều thiết bị sử dụng các nguyên tố như strontium và ytterbium.

Nhóm nghiên cứu Singapore cho biết họ có thể là nhóm duy nhất hiện sử dụng lutetium để chế tạo đồng hồ nguyên tử.

Theo ông Barrett, việc phát triển một chiếc đồng hồ nguyên tử không nhất thiết phải cần một nhóm nghiên cứu lớn, nhưng việc bắt đầu dự án đòi hỏi sự hỗ trợ lâu dài và chấp nhận rủi ro trong giai đoạn đầu.

Ông cho rằng dự án cho thấy Singapore có thể cạnh tranh trong nghiên cứu công nghệ cao thông qua việc đầu tư vào những công nghệ nền tảng và phát triển năng lực kỹ thuật.

Bước tiếp theo của nhóm là thu nhỏ hệ thống để tạo ra một phiên bản có thể di chuyển. Mục tiêu là đưa đồng hồ ra khỏi phòng thí nghiệm mà vẫn duy trì mức độ chính xác hiện tại.