Giải Nobel Vật lý năm 2022 được trao cho 3 nhà khoa học trong lĩnh vực công nghệ lượng tử, gồm GS Alain Aspect từ Đại học Paris-Saclay và Đại học Bách khoa Paris (Pháp); TS John F.Clauser thuộc Công ty J.F.Clauser & Assoc. (Walnut Creek, bang California, Mỹ) và GS Anton Zeilinger của Đại học Vienna (Áo). Họ được vinh danh nhờ vào các thử nghiệm đột phá cho phép thiết lập nền tảng của kỷ nguyên công nghệ lượng tử. Đây là ngành công nghệ được xây dựng trên cái gọi là thông tin lượng tử.

Để giải thích tầm quan trọng của các nghiên cứu do bộ ba tân chủ nhân Nobel Vật lý thực hiện, bà Eva Olsson, thành viên của Ủy ban Nobel về vật lý, cho hay ngành thông tin lượng tử đang được các nước theo đuổi vì mang đến ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực. Có thể kể đến năng lực bảo mật đường truyền thông tin và thực hiện những phép tính chớp nhoáng nhờ vào điện toán lượng tử.

Theo bà Olsson, thông tin lượng tử là lĩnh vực đang được phát triển nhanh chóng. “Những tính toán của ngành này đã mở rộng cánh cửa cho nhân loại bước vào một thế giới khác. Đồng thời, sự tồn tại của nó cũng làm lung lay đến tận cốt lõi của cách thức mà con người sử dụng để đo lường lâu nay”, bà cho biết. Chẳng hạn, sự ra đời của thông tin lượng tử cho phép các nhà vật lý học đặt mục tiêu tạo ra đồng hồ với độ chính xác cực cao và thậm chí có thể phát hiện ra sự tồn tại của vật chất tối đầy bí ẩn của vũ trụ.

Dưới đây là chân dung 3 nhà khoa học được trao giải:

John Clauser

Sinh năm 1942, John Clauser ngay từ nhỏ đã bị thu hút bởi các thiết bị trong phòng thí nghiệm của cha mình và sớm phát triển đam mê với đồ điện tử. Ông đã tạo ra một số trò chơi điện tử điều khiển bằng máy tính đầu tiên từ thời trung học và quyết định theo đuổi ngành vật lý khi lên đại học.

Vào giữa những năm 1960, sau khi đọc một bài báo khoa học, Clauser bắt đầu quan tâm đến những ý tưởng của nhà tiên phong cơ học lượng tử John Bell, người luôn nỗ lực để hiểu rõ hơn về hiện tượng vướng víu lượng tử.

Ông đề xuất thử nghiệm độc lập lý thuyết của mình và thực hiện nó với các cộng tác viên vào năm 1972 khi làm việc tại Đại học California-Berkeley.

Bằng cách chiếu tia laser vào các nguyên tử canxi để phát ra các photon vướng víu và đo tính chất của chúng, ông có thể chứng minh bằng dữ liệu cứng rằng trạng thái vướng víu lượng tử - điều đã thách thức trí tưởng tượng của Einstein vĩ đại - là có thật. Ngày nay, những phát hiện ban đầu của Clauser đã tạo nền tảng cho các thí nghiệm lớn hơn nhiều, chẳng hạn như vệ tinh Micius của Trung Quốc, một phần của dự án nghiên cứu vật lý lượng tử. "Cấu hình vệ tinh và trạm mặt đất của họ gần như giống hệt với thí nghiệm ban đầu của tôi", ông nói.

Alain Aspect

Alain Aspect (75 tuổi), sinh ra tại Agen, Pháp. Ông nhận bằng tiến sĩ tại Đại học Paris-Sud năm 1983, hiện là giáo sư tại Đại học Paris-Saclay và Viện École Polytechnique.

Một số lỗ hổng vẫn còn tồn tại sau thí nghiệm của John Clauser. Alain Aspect đã phát triển thiết lập này và giúp lấp kín một lỗ hổng quan trọng. Ông đã thành công chuyển đổi thiết lập sau khi một cặp vướng víu rời khỏi nguồn, do đó, thiết lập đã tồn tại khi chúng được phóng ra không thể ảnh hưởng đến kết quả.

Anton Zeilinger

Với biệt danh "Giáo hoàng lượng tử", nhà vật lý Anton Zeilinger (sinh năm 1945 tại Ried im Innkreis, Áo) đã trở thành một trong những nhà khoa học nổi tiếng nhất ở đất nước của mình, khi lần đầu tiên thực hiện thành công thí nghiệm dịch chuyển lượng tử của các hạt ánh sáng vào năm 1997.

Công trình này đã mở ra khả năng thử nghiệm để thực hiện dịch chuyển lượng tử và mã hóa lượng tử siêu dày đặc, trở thành một thành phần quan trọng trong một số ứng dụng, bao gồm cả bộ lặp lượng tử kết nối các máy tính lượng tử trong tương lai với nhau.

Dựa trên định lý Bell, các thí nghiệm xác nhận rằng có thể sử dụng mật mã lượng tử với sự bảo mật vô điều kiện. Một số thí nghiệm gần đây với các trạng thái photon đơn và liên kết ở các không gian cao hơn, cung cấp khả năng giao tiếp lượng tử với nhiều hơn một bit hoặc qubit trên mỗi photon.

Thanh Tú