Ba nhà vật lý học đoạt giải Nobel 2025 nhờ thí nghiệm lượng tử “lạ lùng” ở quy mô vĩ mô

Trong một thế giới nơi những hạt nhỏ bé vô hình đang âm thầm định hình tương lai công nghệ, ba nhà khoa học đã được vinh danh vì đã kéo thế giới lượng tử ra khỏi bóng tối vi mô, biến nó thành hiện thực có thể chạm tay. Ngày 7 tháng 10 năm 2025, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã công bố giải Nobel Vật lý thuộc về John Clarke, Michel H. Devoret và John M. Martinis – những người tiên phong đã chứng minh rằng các quy luật “kỳ quặc” của cơ học lượng tử không chỉ tồn tại ở thế giới nguyên tử mà còn có thể được quan sát và khai thác ở quy mô lớn hơn, mở đường cho kỷ nguyên máy tính lượng tử thực thụ.

John Clarke, nhà vật lý người Anh sinh ra tại Anh và hiện là giáo sư tại Đại học California, Berkeley; Michel H. Devoret, người Pháp, giáo sư tại Đại học Yale và Đại học California, Santa Barbara, đồng thời là nhà khoa học trưởng của Google Quantum AI; cùng John M. Martinis, người Mỹ, giáo sư tại Đại học California, Santa Barbara và cựu trưởng phòng thí nghiệm Trí tuệ Nhân tạo Lượng tử của Google – bộ ba này đã chia sẻ giải thưởng danh giá trị giá 11 triệu kronor Thụy Điển (khoảng 1,2 triệu USD). Công bố này đánh dấu năm thứ hai liên tiếp các nhà khoa học có liên hệ với Google nhận Nobel, sau giải Hóa học 2024 dành cho Demis Hassabis và John Jumper tại Google DeepMind, cũng như giải Vật lý 2024 của Geoffrey Hinton, người từng làm việc cho Google hơn một thập kỷ.

Sự đóng góp cốt lõi của họ nằm ở những thí nghiệm đột phá từ giữa thập niên 1980, khi họ phát triển một mạch điện siêu dẫn – một hệ thống điện tử không có điện trở ở nhiệt độ cực thấp – và chứng minh rằng các hiện tượng lượng tử như “đường hầm lượng tử” (quantum tunneling) và “siêu vị” (superposition) có thể xảy ra ở quy mô vĩ mô, đủ lớn để cầm nắm trong tay. Thông thường, cơ học lượng tử – lý thuyết mô tả hành vi của vật chất và năng lượng ở cấp độ nguyên tử hoặc nhỏ hơn – bị giới hạn bởi quy mô: Một quả bóng tennis không thể “đường hầm” xuyên qua tường dù nó gồm hàng tỷ nguyên tử có thể làm điều đó riêng lẻ. Nhưng Clarke, Devoret và Martinis đã tạo ra một mạch điện chuyển trạng thái như thể đang đường hầm lượng tử ở cấp độ con người, chứng tỏ rằng các hiệu ứng lượng tử có thể được quan sát và kiểm soát trong các hệ thống lớn hơn, vượt qua ranh giới giữa thế giới vi mô “kỳ quặc” và vật lý cổ điển quen thuộc.

Credit: CNA

Hãy tưởng tượng: một mạch điện siêu dẫn, nơi dòng điện không bị cản trở, đột ngột biểu hiện năng lượng lượng tử hóa và đường hầm – những hiện tượng mà Erwin Schrödinger từng minh họa qua nghịch lý “con mèo Schrödinger” năm 1935, nơi một con mèo có thể vừa sống vừa chết cho đến khi được quan sát. Các thí nghiệm của bộ ba này không chỉ xác nhận lý thuyết mà còn biến nó thành nền tảng cho qubit siêu dẫn – đơn vị cơ bản của máy tính lượng tử hiện đại. Như Ulf Danielsson, giáo sư vật lý hạt tại Đại học Uppsala và thành viên Ủy ban Nobel Vật lý, mô tả: “Họ đã thực hiện đường hầm lượng tử không phải ở cấp độ vi mô, nơi một electron chỉ di chuyển qua rào cản bên trong hạt nhân, mà ở quy mô chúng ta có thể hiểu. Nó giống như một công tắc điện đột ngột chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác”. Nhờ đó, công nghệ lượng tử đã trở nên phổ biến trong điện tử hiện đại, từ transistor trong chip máy tính đến các ứng dụng tương lai như mã hóa lượng tử an toàn, máy tính lượng tử giải quyết vấn đề phức tạp trong hàng triệu năm, và cảm biến lượng tử chính xác cao – tất cả đều có tiềm năng giải quyết các thách thức toàn cầu như biến đổi khí hậu.

John Clarke, trong cuộc họp báo Nobel, bày tỏ sự ngỡ ngàng: “Tôi hoàn toàn choáng váng. Chúng tôi chưa từng nghĩ rằng nghiên cứu từ những năm 1980 này có thể là cơ sở cho một giải Nobel.” Ông còn liên hệ trực tiếp với cuộc sống hàng ngày: “Tôi đang nói chuyện qua điện thoại di động, và bạn có lẽ cũng vậy, và một trong những lý do điện thoại di động hoạt động là nhờ tất cả những công việc này”. Olle Eriksson, chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý, nhấn mạnh giá trị vượt thời gian: “Thật tuyệt vời khi có thể ăn mừng cách mà cơ học lượng tử trăm năm tuổi liên tục mang đến những bất ngờ mới. Nó cũng vô cùng hữu ích, vì cơ học lượng tử là nền tảng của mọi công nghệ kỹ thuật số”. Malcolm Connolly, trợ giảng tại Khoa Vật lý Imperial College London, ca ngợi: “Giải Nobel năm nay tôn vinh những người tiên phong đầu tiên chứng tỏ rằng ngay cả một mạch điện cũng có thể hành xử như một hệ thống lượng tử thực thụ. Những khám phá của họ về đường hầm và lượng tử hóa năng lượng đã đặt nền móng cho qubit siêu dẫn ngày nay, một trong những nền tảng hàng đầu trong cuộc đua toàn cầu xây dựng máy tính lượng tử thực tiễn”.

Ngữ cảnh lịch sử càng làm tăng sức nặng của giải thưởng này. Cơ học lượng tử được Werner Heisenberg chính thức mô tả năm 1925, đánh dấu bước ngoặt trong việc hiểu thế giới hạ nguyên tử. Để kỷ niệm một thế kỷ, Liên Hợp Quốc đã tuyên bố 2025 là Năm Quốc tế Khoa học và Công nghệ Lượng tử – dù Ulf Danielsson khẳng định thời điểm công bố không phải cố ý, nhưng nó như một sự trùng hợp hoàn hảo, nối liền di sản của các bậc thầy như Heisenberg, Schrödinger, Max Planck và Niels Bohr với những ứng dụng thực tiễn ngày nay. Giải Nobel Vật lý, hạng mục đầu tiên trong di chúc của Alfred Nobel năm 1895, tiếp tục khẳng định vị thế của lĩnh vực này, với các người thắng giải trước như Albert Einstein hay Anthony Leggett (2003) – người so sánh công việc của bộ ba này với nghịch lý Schrödinger, chứng minh rằng lượng tử thực sự hoạt động ở quy mô lớn hơn dự đoán.

Sâu sắc hơn, giải Nobel 2025 không chỉ tôn vinh quá khứ mà còn thắp sáng tương lai. Trong bối cảnh cuộc đua lượng tử toàn cầu – với Google, nơi hai người thắng giải từng đóng góp, tuyên bố “siêu việt lượng tử” năm 2019 – những khám phá này nhắc nhở rằng khoa học không phải là những ý tưởng trừu tượng, mà là cầu nối giữa cái không thể tưởng tượng và thực tế hàng ngày. Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên mà điện thoại thông minh, camera và cáp quang sợi – tất cả đều dựa trên lượng tử – là minh chứng cho sức mạnh của trí tò mò con người. Như Jonathan Bagger, CEO Hiệp hội Vật lý Mỹ, nhận xét: “Khi cơ học lượng tử được phát hiện, người ta nghĩ nó chỉ áp dụng cho những tình huống huyền bí. Những gì họ chứng minh là bạn có thể nâng tầm cơ học lượng tử lên thế giới quan sát được, thế giới quy mô con người”. Với máy tính lượng tử hứa hẹn cách mạng hóa mọi thứ từ y học đến môi trường, bộ ba Clarke, Devoret và Martinis không chỉ là những nhà khoa học; họ là những nhà tiên tri, biến “bất ngờ” của lượng tử thành động lực cho nhân loại.

Giải thưởng sẽ được trao chính thức vào ngày 10 tháng 12 năm 2025 tại Stockholm, theo truyền thống Nobel. Trong khi đó, nó mời gọi chúng ta chiêm ngưỡng: Liệu những hạt lượng tử nhỏ bé hôm nay có thể giải mã những bí ẩn lớn lao của vũ trụ mai sau?