Buzz
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances đánh dấu bước tiến lớn của công nghệ lượng tử – không còn là ý tưởng viễn tưởng mà đang trở thành công cụ thực tiễn mạnh mẽ.
Hãy hình dung bạn cần đo chiều rộng một sợi tóc từ cách xa hàng trăm mét hoặc quan sát bên trong mô mềm cực nhạy mà không được chạm hay chiếu sáng mạnh. Những thách thức tưởng như không thể này đã làm đau đầu các nhà khoa học, bởi các thiết bị đo hiện tại thường không đủ độ chính xác khi ánh sáng yếu, mẫu vật quá mỏng manh hoặc môi trường xung quanh bị nhiễu.
Các nhà vật lý tại Đại học Illinois Urbana-Champaign (UIUC) vừa phát triển một thiết bị đo giao thoa lượng tử mới, cho phép đo đạc chính xác đến quy mô nanomet ngay cả trong điều kiện khó khăn. Thiết bị này vận dụng nguyên lý nhiễu xạ ánh sáng nhưng thay vì ánh sáng thông thường, nó sử dụng cặp photon “vướng víu lượng tử” tạo ra tín hiệu sắc nét, mạnh mẽ và không bị nhiễu từ môi trường, theo Interesting Engineering.
Máy đo giao thoa ứng dụng công nghệ lượng tử
Máy đo giao thoa truyền thống tách chùm ánh sáng thành hai phần: một phần đi qua mẫu vật, phần còn lại làm chuẩn tham chiếu. Khi hai chùm gặp nhau, chúng tạo ra sóng giao thoa như hai gợn sóng đan xen trên mặt nước. Cách sóng cộng hưởng hoặc triệt tiêu nhau phản ánh những thay đổi cực nhỏ trong mẫu vật như độ dày, khoảng cách hay dao động. Phương pháp này từng được dùng để phát hiện sóng hấp dẫn hay kiểm tra võng mạc, nhưng gặp khó khi môi trường quá sáng, quá nhiễu hoặc mẫu vật dễ hư hại bởi ánh sáng mạnh.
Đó chính là ưu thế của máy đo giao thoa lượng tử. Thiết kế mới sử dụng cặp photon lượng tử – một photon đi qua mẫu vật, photon kia đi theo đường tham chiếu. Khi phát hiện đồng thời, tín hiệu giao thoa hiện rõ ngay cả khi ánh sáng bị hấp thụ hoặc môi trường không hoàn hảo. Theo nhà nghiên cứu Colin Lualdi, chỉ cần phát hiện đúng cặp photon, tín hiệu giao thoa vẫn giữ được độ tương phản cao – điều máy đo giao thoa truyền thống không thể làm.
Để nâng cao độ nhạy, nhóm nghiên cứu áp dụng kỹ thuật "vướng víu màu sắc cực đại" – kết hợp hai photon có màu sắc rất khác biệt, như một photon đỏ và một photon xanh dương, thay vì chỉ lệch nhau chút ít. Nhờ vậy, thiết bị đo được những thay đổi nhỏ nhất với độ chính xác cao mà không cần ánh sáng mạnh hay dải màu phức tạp.
Kết quả thử nghiệm gây ấn tượng lớn khi thiết bị đo chính xác độ dày của lớp màng kim loại siêu mỏng trong vài giây, hoàn toàn trùng khớp với kết quả từ kính hiển vi lực nguyên tử – công cụ đo lường cực kỳ chính xác trong phòng thí nghiệm. Điều này khẳng định máy đo giao thoa lượng tử vận hành nhanh, chính xác và an toàn với các mẫu vật nhạy cảm.
Công nghệ này mang lại tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Trong y học, nó giúp bác sĩ quan sát mô sống mà không làm tổn hại tế bào. Trong sinh học, có thể nghiên cứu sinh vật nhạy sáng như tảo mà không ảnh hưởng đến hành vi của chúng. Trong kỹ thuật, thiết bị phục vụ giám sát vật liệu hoặc linh kiện ngoài trời, nơi có nhiều nhiễu sáng.
Tuy nhiên, thiết bị hiện tại vẫn còn phức tạp với nhiều linh kiện nhỏ cần căn chỉnh chính xác. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ đơn giản hóa thiết kế trong tương lai để đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và áp dụng vào thực tiễn.
Anh Việt
