Thiên tài Vật lý làm dậy sóng nền khoa học thế giới

Dương Dục hiện là nghiên cứu sinh tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zurich). Anh từng được mệnh danh là thiên tài Vật lý của Trung Quốc, khi đỗ vào lớp tài năng trẻ của Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), ở tuổi 14. 

Dưới sự hướng dẫn của GS Trữ Y Văn - người từng học tiến sĩ tại Đại học Harvard và hoàn thành chương trình nghiên cứu sau tiến sĩ ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Dương Dục phát triển thành công qubit cơ học đầu tiên thế giới, mở ra khả năng mới cho việc lưu trữ, thao tác và ứng dụng thông tin lượng tử. 

Chia sẻ với China Science News, nghiên cứu sinh Dương Dục cho biết, đây là lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại chế tạo được qubit cơ học. So với các hệ lượng tử khác, qubit cơ học do nhóm phát minh lớn hơn, thậm chí có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Đánh giá nghiên cứu này, một độc giả của tạp chí Science cho rằng, sự ra đời của qubit cơ học giúp cho việc tính toán lượng tử bước vào "kỷ nguyên steampunk". Nghĩa là nó sẽ mở ra chương mới đột phá trong lĩnh vực tính toán lượng tử, gợi nhớ đến thời kỳ máy tính cơ học đầu tiên ra đời đầu thế kỷ XX.

Nhóm nghiên cứu qubit cơ học đến từ ETH Zurich gồm: NCS Dương Dục, Matteo Fadel, GS Trữ Y Văn, Igor Kladar (từ trái sang phải). Nguồn ảnh: China Science News

Nói về khó khăn của nghiên cứu này, GS Trữ Y Văn cho biết, thông thường mức năng lượng trong hệ thống cơ học sẽ phân bố đều nhau nên đây là rào cản cho việc kiểm soát hai trạng thái cụ thể để tạo ra qubit cơ học. 

Để vượt qua thách thức, Dương Dục cùng cộng sự kết hợp qubit siêu dẫn và bộ cộng hưởng cơ học. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đặt vòm nitride nhôm lên một tinh thể sapphire dày 400 micrometer để tạo thành bộ cộng hưởng cơ học dao động ở các tần số cụ thể, tương tự như dây đàn guitar.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu gắn một qubit siêu dẫn lên một tinh thể sapphire thứ hai. Sau đó, xếp chồng hai tinh thể lại với nhau. Điều này cho phép dòng điện dao động của qubit siêu dẫn kích thích các dao động trong bộ cộng hưởng cơ học, bằng cách điều chỉnh tần số của qubit siêu dẫn để tạo ra sự chênh lệch so với tần số của bộ cộng hưởng. 

Mô phỏng qubit cơ học của nhóm nghiên cứu đến từ ETH Zurich. Nguồn ảnh: China Science News

Dù nghiên cứu này có tính đột phá nhưng theo Dương Dục công việc của nhóm mới ở giai đoạn đầu. "Nghiên cứu không chỉ dành cho tính toán lượng tử, còn có thể thực hiện phép đo liên quan đến trọng lực như phát hiện sóng hấp dẫn tần số cao hoặc các trường lực yếu mà hệ lượng tử khác khó cảm nhận", Dương Dục chia sẻ.

Như nhà Vật lý lượng tử Stephan Dürr của Viện Quang học Lượng tử Max Planck nhận định, nghiên cứu này đã "đặt một hệ thống mới lên bản đồ khoa học", được sử dụng để khám phá ranh giới giữa cơ học lượng tử và trọng lực.

"Mặt khác, bộ dao động cơ học có thể đồng thời tương tác với vi sóng, photon và các tín hiệu khác. Do đó, nó được dùng để chuyển đổi thông tin góp phần hình thành giao diện mạng lượng tử, các máy tính lượng tử khác nhau có thể giao tiếp với nhau", Dương Dục cho biết. 

Ngoài ra, kết quả của thí nghiệm cũng cho thấy, thời gian tương quan của qubit cơ học này có thể đạt tới 200 micro giây. Trong khi, kỷ lục hiện tại của qubit siêu dẫn tốt nhất khoảng 1.000 micro giây, nhưng so với qubit thông thường đây là kết quả tốt và có tiềm năng lớn.

"Dù vậy, thành quả này chưa đủ để thực hiện tính toán lượng tử. Trước đó, hệ thống lượng tử siêu dẫn phải mất gần 30 năm nghiên cứu, so với nó hệ thống lượng tử cơ học của nhóm vẫn còn non trẻ. Thời gian tới, chúng tôi sẽ nỗ lực cải thiện thêm các thông số liên quan giúp nó phát triển nhanh hơn", Dương Dục chia sẻ.

Tạp chí Science cũng đánh giá, nghiên cứu cung cấp nền tảng âm học lượng tử mạnh mô phỏng lượng tử, cảm biến và xử lý thông tin với độ tin cậy hơn 99%. Theo nhà Vật lý Adrian Bachtold của Viện Khoa học Quang tử Tây Ban Nha, đây là một nghiên cứu tiến bộ của nhân loại. 

Giáo dục

Thiên tài trẻ nhất nước Anh 12 tuổi vào ĐH, 21 tuổi là tiến sĩ

Theo VietNamNet