Khám Phá Tiềm Năng Của Photon

Ngày nay, công nghệ lượng tử hứa hẹn đem đến một sức mạnh tính toán không gì sánh được và sự chính xác tuyệt đối cho các thiết bị khoa học. Tuy nhiên, để làm được việc này thì các trạng thái lượng tử phức tạp và dễ vỡ phải được duy trì trong những khoảng thời gian dài. Điều đó có nghĩa là các hạt photon phải thỏa mãn được ba điều kiện sau: phải được giữ lại, có thể quan sát được và số lượng phải được kiểm soát.

Sơ đồ minh họa kính siêu dẫn giữ hạt photon trong hộp photon

Bốn năm trước, các nhà nghiên cứu ở phòng thí nghiệm vật lý LKB1 – Paris đã thỏa mãn được hai điều kiện đầu tiên là giữ các hạt photon trong khoang và quan sát chúng trong một “hộp photon”. Cũng chính những nhà nghiên cứu này đã thỏa mãn được điều kiện thứ ba bằng cách tạo ra một cơ chế phản hồi để duy trì số lượng photon không đổi trong khoang.2Jean Michel Raimond, một trong những nhà nghiên cứu chính của LKB cùng với Serge Haroche đưa ra giải thích rằng: “Lý thuyết về phản hồi lượng tử không phải là mới nhưng đây là lần đầu tiên các nhà khoa học đạt được những gì mà họ mong muốn”.Các hạt photon được đưa vào trong một khoang được bao bọc bởi kính siêu dẫn. Mỗi hạt photon có thể nảy lên - xuống hai tỷ lần trong vòng chưa đầy 1/10 giây. Ở đây, bước đột phá chính còn là việc các nhà khoa học đã bơm vào trong khoang các nguyên tử mà một phần năng lượng của chúng đã bị biến đổi do tương tác với các hạt photon. Cùng với thiết bị đo sự biến đổi năng lượng của nguyên tử, những nguyên tử này có thể phát hiện ra các photon với độ nhạy tuyệt đối mà không phải hấp thụ hay phá hủy chúng. Bằng cách này, các hạt nguyên tử có thể cho ta biết chính xác số lượng photon trong khoang tại bất cứ thời điểm nào và từ đó các nhà khoa học có thể thêm các hạt photon vào trong khoang để duy trì số lượng không đổi.Raimond nhấn mạnh rằng: "Khai thác tiềm năng của cơ học lượng tử cho việc tính toán là giấc mơ lâu đời của các nhà khoa học. Tuy nhiên, việc duy trì được trạng thái phức tạp của lượng tử là quá khó, điều này khiến các nhà khoa học luôn gặp khó khăn trong việc nghiên cứu. Thí nghiệm này là một bước tiến quan trọng trong việc định hướng các thiết bị ứng dụng hạt photon, cho dù trong một tương lai gần các siêu máy tính (máy tính lượng tử) có sớm trở thành hiện thực hay không". Ông cũng đưa ra kết luận: “Đây là minh chứng cho sự phản hồi lượng tử có thể được thực hiện dưới sự kiểm soát và loại bỏ được những hạn chế cho các nghiên cứu chuyên sâu trong tương lai”.

(Theo CNRS)Thanh Hà - Minh Tâm

01. Laboratoire Kastler Brossel (CNRS / Ecole Normal Supérieure / Collège de France / Université Pierre et Marie Curie).02. C. Sayrin et al., “Real-time quantum feedback prepares and stabilizes photon number states,” Nature, 2011. 477: 73-7.