Công nghệ lượng tử bẻ cong giới hạn thị giác

Một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign (UIUC) vừa phát triển thành công một thiết bị đo lường dựa trên nguyên lý lượng tử, mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành quan sát và đo đạc vật chất ở cấp độ siêu nhỏ. Thiết bị này không chỉ là một thành tựu mang tính đột phá trong nghiên cứu học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tế cực kỳ rộng lớn, từ sinh học, y học cho đến các ngành công nghiệp công nghệ cao.

Thiết bị này không chỉ là một thành tựu mang tính đột phá trong nghiên cứu học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tế cực kỳ rộng lớn

Trong thế giới của các cấu trúc siêu nhỏ, việc đo đạc thường đối mặt với vô vàn rào cản. Các phương pháp truyền thống như kính hiển vi lực nguyên tử tuy có độ chính xác cao nhưng yêu cầu môi trường kiểm soát cực kỳ nghiêm ngặt và tốn nhiều thời gian. Trong nhiều trường hợp, ánh sáng hoặc năng lượng cần thiết để quan sát cũng có thể làm hỏng mẫu vật, đặc biệt nếu đó là mô sinh học nhạy cảm hoặc các vật liệu dễ phản ứng.

Giải pháp đến từ vật lý lượng tử, cụ thể là nguyên lý "vướng víu lượng tử" của photon. Nhóm nghiên cứu tại UIUC đã khai thác hiện tượng này để phát triển một loại máy đo giao thoa lượng tử đặc biệt. Thiết bị này sử dụng hai photon có mối liên kết lượng tử mạnh mẽ: một photon đi qua mẫu vật, còn photon kia giữ vai trò tham chiếu. Khi cả hai photon được phát hiện cùng lúc, hệ thống sẽ phân tích sự khác biệt rất nhỏ giữa chúng để tái tạo thông tin chi tiết về vật thể. Chính điều này đã cho phép thiết bị đo được các biến đổi nhỏ tới mức tưởng như vô hình, mà vẫn giữ độ chính xác cao ngay cả khi có nhiều nhiễu nền.

Điểm nổi bật trong nghiên cứu lần này nằm ở kỹ thuật mới gọi là “vướng víu màu sắc cực đại”. Thay vì sử dụng hai photon có bước sóng gần giống nhau như các công trình trước đây, nhóm nghiên cứu đã ghép cặp các photon có bước sóng khác biệt lớn, ví dụ như đỏ và xanh dương. Sự khác biệt màu sắc này giúp mở rộng phạm vi phân tích và tăng cường khả năng phát hiện những thay đổi nhỏ trong vật thể.

Kết quả thực nghiệm đã chứng minh tính hiệu quả của thiết bị. Các nhà khoa học có thể đo chính xác độ dày của một lớp màng kim loại siêu mỏng chỉ trong vài giây, điều mà trước đây phải mất hàng giờ đồng hồ và cần điều kiện phòng thí nghiệm tối ưu. Đặc biệt, các phép đo này được thực hiện trong môi trường ánh sáng yếu, tránh hoàn toàn việc làm tổn hại đến vật liệu cần quan sát.

Không chỉ là một cuộc cách mạng trong đo lường, công nghệ này còn mở ra cơ hội lớn cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong y học, thiết bị có thể dùng để quan sát mô sống mà không cần sử dụng ánh sáng mạnh, giảm thiểu nguy cơ tổn thương tế bào. Trong sinh học, các nhà khoa học có thể nghiên cứu các sinh vật nhạy sáng như tảo hoặc vi khuẩn trong điều kiện tự nhiên, không gây xáo trộn đến hành vi sinh học của chúng. Với ngành công nghiệp và vật liệu, đây là một công cụ lý tưởng để giám sát tình trạng của các bề mặt, lớp phủ hoặc cấu trúc nano ngay cả trong môi trường nhiều nhiễu như ngoài trời hoặc nhà máy.

>> Trung Quốc ra mắt hệ thống mã hóa lượng tử đầu tiên