Ở quy mô lượng tử, ‘bây giờ’ và ‘khi đó’ trở nên mơ hồ, khiến đồng hồ thông thường không thể đo chính xác. Nghiên cứu tại Đại học Uppsala đã sử dụng giao thoa gói sóng Rydberg để tạo dấu thời gian lượng tử, không cần điểm xuất phát, đo sự kiện chỉ trong 1,7 nghìn tỷ giây.
Điểm nổi bật:
- Gói sóng Rydberg giao thoa có thể làm dấu thời gian mà không cần điểm bắt đầu xác định.
- Thí nghiệm với nguyên tử heli kích thích bằng laser phù hợp với dự đoán lý thuyết.
- Phương pháp đánh dấu thời gian lượng tử mới đo được sự kiện nhanh tới 1,7 nghìn tỷ giây.
- Kỹ thuật có thể áp dụng với các nguyên tố khác và năng lượng laser đa dạng.
Đo lường thời gian lượng tử bằng giao thoa gói sóng Rydberg
Ở quy mô lượng tử, ‘bây giờ’ và ‘khi đó’ trở nên mơ hồ, khiến đồng hồ thông thường không thể đo chính xác.
Một giải pháp tiềm năng có thể nằm trong chính hình dạng của sương lượng tử, theo nghiên cứu năm 2022 từ Đại học Uppsala ở Thụy Điển.
Xem video dưới đây để tóm tắt kết quả của họ;
Các thí nghiệm về tính chất sóng của trạng thái Rydberg đã tiết lộ phương pháp đo thời gian mới không cần điểm xuất phát chính xác.
Rydberg atoms là các nguyên tử có electron trong trạng thái năng lượng rất cao, quỹ đạo xa hạt nhân khi được kích thích bằng laser.
Trong một số ứng dụng, kỹ thuật pump-probe sử dụng hai tia laser để theo dõi sự chuyển động của electron, bao gồm cả việc đo thời gian các thiết bị điện tử siêu nhanh.
Chỉ cần tạo ra nhiều gói sóng Rydberg cùng tương tác, và các họa tiết giao thoa sẽ biểu thị thời gian phát triển tương đối giữa chúng.
Các nhà vật lý đã chứng minh rằng những “dấu vân tay” giao thoa này đủ ổn định để sử dụng như dấu thời gian lượng tử.
Nghiên cứu đo kết quả trên nguyên tử heli kích thích bằng laser và so sánh với mô hình lý thuyết cho thấy phương pháp có thể thay thế việc đếm giây truyền thống.
Một cuốn cẩm nang về tiến hóa gói sóng Rydberg có thể kết hợp với pump-probe để đo các sự kiện ở quy mô siêu nhỏ, nơi “khi đó” và “bây giờ” kém rõ ràng hoặc bất tiện để đo.
Việc quan sát dấu hiệu giao thoa giữa các trạng thái Rydberg cho phép xác định khoảng thời gian chỉ 1,7 nghìn tỷ giây.
Thí nghiệm tương lai có thể sử dụng các nguyên tố khác hoặc xung laser với năng lượng khác nhau để mở rộng cẩm nang dấu thời gian cho nhiều điều kiện.
Nghiên cứu được công bố trên Physical Review Research.
Tác động và triển vọng
Phương pháp đánh dấu thời gian lượng tử bằng giao thoa gói sóng Rydberg mở ra nhiều cơ hội mới cho khoa học và công nghệ. Ở Việt Nam, nghiên cứu này có thể thúc đẩy phát triển các hệ thống đo thời gian chính xác trong chip vi mạch và thiết bị viễn thông, đặc biệt trong kỷ nguyên 5G/6G khi độ trễ thấp là yếu tố sống còn. Các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp công nghệ trong nước có thể hợp tác với nhóm Uppsala để thử nghiệm phương pháp này trên các nguyên tố thay thế phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam. Đồng thời, việc áp dụng giao thoa lượng tử còn có thể tạo đà cho nghiên cứu về máy tính lượng tử, cảm biến và thiết bị y sinh lượng tử, từ đó thu hút nguồn lực đầu tư và nhân lực chất lượng cao cho ngành khoa học vật liệu và công nghệ lượng tử của Việt Nam.
