Lần đầu tiên trong lịch sử quan sát được giả hạt, bộ xử lý lượng tử trong tương lai đã ở rất gần

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã quan sát được hiện tượng hình thành một giả hạt (quasiparticle) trong thời gian thực. Một điều đã làm các nhà khoa học vướng mắc nhiều thập kỷ nay rồi.

Đây không chỉ là một phát hiện lớn trong giới vật lý, mà còn là một thành tựu ta có thể đạt được để có thể sản xuất được những đồ điện tử có tốc độ cực nhanh. Thậm chí, điều này có thể giúp ta sản xuất được bộ xử lý lượng tử.

Giả hạt không hẳn là một hạt ở trạng thái vật lý, nó là một khái niệm để chỉ một hiện tượng lạ diễn ra trong vật chất.

Ví dụ, ta có một electron đi xuyên qua một thể rắn. Trên đường bay, nó tạo ra trạng thái phân cực trong môi trường bên trong của thể rắn ấy, bởi đặc tính tích điện của bản thân electron khi chuyển động. “Đám mây phân cực” này sẽ bay theo electron xuyên suốt vật chất rắn kia, và toàn bộ chúng được gọi là giả hạt (quasiparticle).

“Bạn hãy tưởng tượng ra một người đi trượt tuyết vào một ngày tuyết rơi đầy”, một trong những nhà nghiên cứu, Rudolf Grimm tới từ Đại học Innsbruck, Áo giải thích. “Người đi trượt tuyết ấy bị bao quanh bởi những đám mây tinh thể tuyết. Tất cả họ tạo ra một hệ thống khác với một người đi trượt tuyết trong bầu không khí không có tuyết rơi vậy”.

Giả hạt và các thông tin về hiện tượng này đã được mô tả trong những mẫu thử lý thuyết, nhưng việc đo đạc và quan sát được chúng trong thời gian thực vẫn là một điều bất khả thi cho tới ngày nay. Không chỉ vì quy mô của hiện tượng giả hạt cực kì hiển vi, mà thời gian tồn tại của nó cũng cực kì ngắn. Chúng chỉ diễn ra trong vòng vài atto giây (attosecond=1x10^-18 giây, bằng một giây so với 31,71 tỷ năm).

Để có thể theo dõi được hiện tượng này, đội ngũ nghiên cứu đã tìm ra cách giảm tốc độ việc giả hạt diễn ra.

Trong môi trường chân không, họ sử dụng công nghệ bẫy laser, tạo nên khí gas lượng tử cực lạnh làm từ nguyên tử lithium và một phần nhỏ các nguyên tử potassium ở trung tâm.

Sau đó họ dùng một trường điện từ để điều chỉnh sự tương tác của hạt, tạo ra một giả hạt mang tên Fermi polaron (về cơ bản, nó là một nguyên tử potassium được bọc trong một đám mây lithium – loại khí gas cực lạnh nói trên).

Việc tạo nên giả hạt ấy thường chỉ kéo dài 100 atto giây trong một hệ thống thông thường, nhưng nhờ có loại gas lượng tử siêu lạnh kia, các nhà khoa học đã có thể làm chậm quá trình này lại và đã chứng kiến được hiện tượng này lần đầu tiên.

Bây giờ, công việc họ phải làm là tìm cách đo đạc được những giả hạt ấy, để có thể sử dụng chúng trong việc tạo enen những bộ xử lý lượng tử, tạo ra được những đồ điện tử tốc độ cực kì siêu việt trong tương lai.

Tham khảo ScienceAlert