Ba giáo sư thuộc hệ thống Đại học California (UC) đã giành Giải Nobel Vật lý 2025 nhờ chứng minh được rằng những quy tắc kỳ lạ của vật lý lượng tử, vốn chỉ được quan sát trong thế giới hạ nguyên tử, cũng có thể xuất hiện trong các hệ thống có kích thước đủ lớn để cầm nắm được.

Ngày 7/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố giải thưởng dành cho John Clarke (UC Berkeley), John Martinis (UC Santa Barbara) và Michel Devoret (UC Santa Barbara và Đại học Yale) vì “phát hiện hiện tượng đường hầm cơ học lượng tử vĩ mô và lượng tử hóa năng lượng trong các mạch điện”.

Khám phá của họ cho thấy những nguyên lý cốt lõi của cơ học lượng tử như hiện tượng “xuyên hầm” qua rào cản năng lượng và sự trao đổi năng lượng theo từng lượng nhỏ giọt (gọi là lượng tử) không chỉ tồn tại trong các nguyên tử hoặc hạt cơ bản, mà còn có thể được quan sát trực tiếp trong một mạch điện siêu dẫn có kích thước vĩ mô.

Vào giữa thập niên 1980, Clarke, Devoret và Martinis đã chế tạo thành công một mạch điện tử đặc biệt gồm 2 vật liệu siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp cách điện mỏng – cấu trúc này được gọi là tiếp giáp Josephson. Khi đo đạc và điều chỉnh cẩn thận các đặc tính của thiết bị, họ nhận thấy mạch có thể “chuyển trạng thái” nhờ hiện tượng xuyên hầm lượng tử, và đồng thời chỉ hấp thụ hoặc phát ra những mức năng lượng rời rạc, chứng minh rõ ràng rằng nó đã được lượng tử hóa.

Đây là một bước ngoặt quan trọng, bởi nó đưa các hiện tượng lượng tử vốn chỉ tồn tại trong phạm vi cực nhỏ ra thế giới có thể nhìn thấy và thao tác bằng tay.

“Thật tuyệt vời khi chứng kiến cơ học lượng tử, một lý thuyết ra đời hơn một thế kỷ trước, vẫn tiếp tục mang đến những điều bất ngờ”, Olle Eriksson, Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý, chia sẻ trong thông cáo báo chí. “Không chỉ bí ẩn, cơ học lượng tử còn vô cùng hữu ích, vì nó chính là nền tảng của toàn bộ công nghệ kỹ thuật số hiện nay.”

Cánh cửa cho kỷ nguyên công nghệ lượng tử

Giải thưởng Nobel năm nay được xem là cột mốc lớn đối với Đại học California, hệ thống đại học công lập danh tiếng bậc nhất nước Mỹ. James Milliken, Chủ tịch UC, gọi đây là “sự công nhận xứng đáng cho những nghiên cứu mở đường cho thế hệ công nghệ lượng tử tiếp theo”.

“Nghiên cứu của họ đã khai mở tiềm năng của mật mã lượng tử, máy tính lượng tử và cảm biến lượng tử - những công nghệ có thể làm thay đổi cách chúng ta khám phá thuốc mới, bảo vệ dữ liệu hay ngăn chặn các cuộc tấn công mạng”, Milliken nói trong tuyên bố ngày 7/10.

Ông nhấn mạnh rằng Clarke, Devoret và Martinis là “một phần của danh sách dài” gồm 74 giảng viên UC từng đoạt giải Nobel, trong đó có 23 người từng được vinh danh ở lĩnh vực vật lý.

“Những giải thưởng này không chỉ là vinh dự, mà còn là minh chứng cho công việc diễn ra mỗi ngày trong toàn hệ thống UC: mở rộng tri thức, thách thức giới hạn khoa học và tạo ra các nghiên cứu giúp cải thiện cuộc sống con người”, Milliken nói thêm.

Giáo sư John Clarke, 83 tuổi, tốt nghiệp tiến sĩ Đại học Cambridge và hiện là giáo sư danh dự tại UC Berkeley. Michel Devoret, 72 tuổi, nhận bằng tiến sĩ từ Đại học Paris-Sud và hiện giảng dạy tại Đại học Yale lẫn UC Santa Barbara. John Martinis, 67 tuổi, bảo vệ luận án tiến sĩ tại UC Berkeley và là giáo sư danh dự của UC Santa Barbara.

Bộ ba sẽ chia sẻ giải thưởng trị giá 11 triệu kronor Thụy Điển, tương đương khoảng 1,17 triệu USD, cho công trình đã mở ra một chương mới trong việc kiểm chứng và ứng dụng cơ học lượng tử ở quy mô vĩ mô, bước đệm quan trọng cho công nghệ lượng tử của tương lai.