Nobel Vật lý 2012 sẽ tạo ra siêu máy tính như thế nào?

Wineland tự miêu tả công trình của mình là “trò ảo thuật”, thể như để một vật ở hai nơi trong cùng một lúc. Các nhà khoa học khác đã ca ngợi phát hiện của họ là đem đến cuộc sống giấc mơ “hoang dại nhất” về khoa học viễn tưởng.

“Giải Nobel năm nay công nhận một số thử nghiệm lạ lùng nhất trong những khía cạnh kỳ lạ của cơ chế lượng tử”, Jim Al-Khalili, giáo sư vật lý tại đại học Surrey, Anh quốc cho biết.

“Trong một hoặc hai thập niên qua, một số kết quả của các cuộc thử nghiệm này không có gì ngoài ý tưởng khoa học viễn tưởng, hoặc cao nhất cũng là sự tưởng tượng táo bạo hơn của các nhà vật lý lượng tử. Wineland và Haroche cùng nhóm của họ đã cho thấy thế giới lượng tử thực sự kỳ lạ như thế nào và đã mở ra khả năng cho các công nghệ mới mà cách đây không lâu chúng ta không dám mơ tới”.

Vật lý lượng tử nghiên cứu hoạt động của những khối cấu thành căn bản của vũ trụ ở mức nhỏ hơn cả nguyên tử, khi những phân tử nhó bé hoạt động theo cách khác thường, chỉ có thể miêu tả bằng toán học cao cấp.

Các nhà nghiên cứu đã từ lâu mơ đến xây dựng “các máy tính lượng tử” có thể hoạt động nhờ dùng phép toán đó, có thể thực hiện những phép tính phức tạp hơn rất nhiều và lưu giữ được một lượng dữ liệu khổng lồ hơn rất nhiều máy tính cổ điển. Song những máy tính này chỉ có thể được xây dựng nếu hoạt động của các phân tử riêng rẽ có thể quan sát được.

“Những phân tử riêng lẻ không dễ tách khỏi môi trường xung quanh của chúng và chúng mất đặc tính lượng tử bí ẩn của mình sau khi chúng tương tác với thế giới bên ngoài”, Ủy ban Nobel giải thích.

“Nhưng qua phương pháp thí nghiệm khéo léo của mình, Haroche và Wineland cùng nhóm nghiên cứu của họ, đã tìm cách đo và kiểm soát được tình trạng lượng tử vô cùng mong manh, mà trước đây luôn được cho là bất khả tiếp cận bằng quan sát trực tiếp. Nhưng những phương pháp mới cho phép họ kiểm tra, điều khiển và đếm được các phân tử.”

Cả hai nhà khoa học đều làm việc trong ngành quang học lượng tử, nghiên cứu các tương tác cơ bản giữa ánh sáng và vật chất. Ủy ban Nobel cho biết họ đã dùng cách tiếp cận trái ngược nhau đối với cùng một vấn đề. Wineland dùng lượng tử ánh sáng, hay photon, để đo và điều khiển phân tử vật chất, điện tử (electron), trong khi Haroche dùng điện tử để đo và điều khiển photons.

Một trong những đặc tính kỳ lạ của cơ chế lượng tử là các phân tử nhỏ bé hoạt động thể như chúng đồng thời xuất hiện ở hai địa điểm.

Từ lâu các nhà khoa học đã cho rằng điều này không thể thể hiện được trong phòng thí nghiệm. Song “trò ảo thuật” của Wineland đã tác động một nguyên tử bằng ánh sáng laser, mà theo thuyết lượng tử, sẽ có 50% cơ hội di chuyển nó, và quan sát được nguyên tử đó ở hai địa điểm khác nhau, cách nhau 80 phần nghìn tỷ mét.

Trong một máy tính bình thường, một công tắc phải là hoặc bật hoặc mở. Một máy tính lượng tử có thể làm việc với cả hai, giống như các phân tử trong thử nghiệm của Wineland, hoạt động giống như thể chúng đang ở hơn một địa điểm cùng lúc.

Ví dụ một máy tính đang tìm con đường ngắn nhất trong thành phố cho một người bán hàng. Một máy tính truyền thống có thể thử từng con đường có thể rồi sau đó chọn con đường ngắn nhất. Một máy tính lượng tử có thể làm phép tính đó trong một bước, thể như người bán hàng đi các con đường cùng một lúc.

Vũ Quý

Theo AP