Thuận Hoà tổng hợp

Để tưởng niệm cố GS Cao xuân Chuân, đã giảng dạy môn
“Cơ học lượng tử” nhiều năm tại ĐHKH Saigon trước năm 1975
Để mừng thượng thọ 90 tuổi của GS Nguyễn Chung Tú, đã giảng dạy
môn “Quang học lượng tử” nhiều năm tại ĐHKH Saigon trước năm 1975

Ngày thứ Ba 9 tháng 10 năm 2012 vừa qua, Hàn Lâm Viện Đan Mạch đã công bố người đoạt giải Nobel Vật Lý năm 2012: đó là khoa học gia Pháp Serge Haroche và khoa học gia Mỹ David J. Wineland, về những công trình có ảnh hưởng sâu xa đến tương lai của ngành điện toán.

Năm nay cả hai khoa học gia đều 68 tuổi, Serge Haroche là giáo sư tại trường ‘College de France’ và ‘Ecole Normale Superieure’ tại Paris, Pháp; David J. Wineland, là trưởng nhóm khảo cứu tại viện ‘National Institute of Standard anh Technology’ và đại học ‘University of Colorado Boulder’, Mỹ. Hai khoa học gia đều khảo cứu về quang học lượng tử, theo hai hướng khác nhau, nhưng cùng đạt đến thành quả như nhau. Wineland dùng ánh sáng hạt để khảo sát tính chất của vật chất, còn Haroche thì khảo sát đường đi của hạt ánh sáng bằng nguyên tử.

Hai khoa học gia được Ban Giám khảo Nobel vinh danh về những khai phá bước đầu trong quang học thực nghiệm là đã “đo đạc được và sử dụng được những hệ thống lượng tử riêng lẻ”. Thành tựu đó có thể mở đường cho sự thiết lập những máy điện toán cực nhanh và những đồng hồ cực chính xác dựa trên những lượng tử vật lý. “Có lẽ máy điện toán lượng tử sẽ thay đổi đời sống của chúng ta cũng giống như ảnh hưởng của máy điện toán cũ của thế kỹ trước.”

Tuy nhiên, theo Wineland, một máy điện toán siêu đẳng như vậy còn lâu mới thành hình, nhưng phần lớn ai ai cũng đều cảm thấy rằng việc đó sau cùng sẽ xảy ra.

Thành tựu của hai nhà khoa học cũng dẩn tới sự thiết lập những đồng hồ cực chính xác, có lẽ sẽ trở thành nền tảng tương lai cho tiêu chuẩn về thời gian, chính xác gấp trăm lần những đồng hồ cesium hiện nay (đồng hồ dựa trên tín hiệu vi ba do những điện tử trong nguyên tử của nguyên tố cesium phát ra khi thay đổi các mức năng lượng).

Khảo cứu của Wineland và Haroche liên quan đến hiện tượng vướng mắc  (tạm dịch chữ “entanglement”) của các hạt vật lý, đã được khảo sát bằng thực nghiệm, nhưng vẫn chưa được thấu hiểu nhiều.

Trong hiện tượng vướng mắc, hai hạt rơi vào tình trạng “chồng lên nhau” (superposition). Tình trạng nầy mở đường cho hi vọng thiết lập máy siêu điện toán.

Thành tựu của Wineland và Haroche là đã cô lập được các hạt vật lý giúp cho sự khảo sát và tìm hiểu các tình trạng lượng tử ở nhiệt độ cực thấp rất mong manh của chúng thực hiện được, có thể đo được và kiểm soát được và các hạt lượng tử có thể thấy được và đếm được.

Máy siêu điện toán lượng tử (quantum supercomputer).

Máy điện toán ngày nay sử dụng tín hiệu nhị phân, tức là dữ liệu được chứa trong những “bit” có thể thay đổi trong hai tình trạng “0” hay “1”.

Trong hiện tượng vướng mắc, hai hạt có thể chồng lên nhau, tạo thành một tình trạng được gọi là một “bit lượng tử” hay “qubit” (quantum bit). Một tín hiệu có thể biểu diễn đồng thời hai tình trạng. Đó là động lực của một máy điện toán cực nhanh với sức chứa dữ liệu tăng lên khủng khiếp, rất cần thiết trong sự khảo sát các hiện tượng như các mẫu khí hậu thay đổi, giải mã các tài liệu mã hoá, … Nhiều qubit có thể tồn tại chung với nhau. Mỗi qubit thêm vào sẽ tăng gấp đôi khả năng tính toán đồng thời của máy tính. Theo một tài liệu của “Royal Swedish Academy of Sciences”, thì một máy điện toán lượng tử khiêm nhường với 300 qubit cũng có thể xử lý đồng thời 2³⁰⁰ dữ liệu, nhiều hơn số nguyên tử trong vũ trụ! Cách tính toán với 2 qubit đã được toán nghiên cứu của Dr Wineland thử nghiệm năm 1995. Tuy nhiên, còn nhiều cản trở về kỹ thuật phải vượt qua trước khi một máy điện toán lượng tử thành hình.

Giám đốc Viện Vật lý ở Luân đôn, Peter Knight, đã có lời ca tụng giải Nobel Vật lý năm nay như sau:
“Haroche và Wineland đã cống hiến lớn lao cho sự hiểu biết của chúng ta về sự tương tác lượng tử, với những thực nghiệm kỳ thú cho thấy bằng cách nào mà những hệ thống nguyên tử có thể khảo sát được và khám phá được những tính chất liên hệ rất bất thuờng của chúng.”

Andrea Morello, giáo sư diễn giảng tại đại học New South Wales, Úc châu, đã giải thích thành tựu của Haroche và Wineland một cách đơn sơ như sau:

Quan sát một trận tennis, bạn có thể theo dỏi sự di chuyển của quả bóng dễ dàng. Nhưng, nếu quả bóng đó là một điện tử thì sao? Cách tốt nhất để xem trò chơi nầy là bạn phải tạo cả triệu sân tennis giống nhau với cả triệu cặp đối thủ như nhau và đánh vào banh tennis điện tử như nhau. Để biết được người thắng cuộc, bạn phải tính tỉ số trung bình trên các sân tennis! Nếu bạn muốn tìm hiểu cái gì đã xảy ra chỉ trên một “sân chơi lượng tử” nào đó thì vô phương! Cái nhìn lượng tử đó cho thấy rằng không thể nhìn các hệ thống lượng tử một cách riêng rẻ – chỉ kết quả của cả hệ thống mới có ý nghĩa mà thôi.

Haroche và Wineland được giải Nobel vì đã làm thay đổi được quan điểm có sẵn đó. Hai nhà khoa học đã chứng tỏ rằng người ta có thể khảo sát vả sử dụng một photon riêng lẻ, tức là một lượng tử ánh sáng độc nhất.

 
Thuận Hoà tổng hợp