Các Nhà Khoa Học Đã Biết Cách Kiểm Soát 'Vật Chất Âm Thanh'

Khoảng đầu tháng 09/2019, theo những bài báo khoa học mới nhất, các nhà nghiên cứu đã có thể kiểm soát được những 'vật chất âm thanh', có tên gọi là phonon. Theo giải thích, phonon về bản chất không thể gọi là một vật chất, nhưng được coi là những thứ cấu tạo nên âm thanh, giống như photon cấu thành nên ánh sáng.

Hiện photon ánh sáng được sử dụng để lưu trữ thông tin ở những máy tính lượng tử, và việc thay nó bằng phonon sẽ có nhiều lợi ích khác nhau, nhưng cũng đòi hỏi những công nghệ mới để kiểm soát tốt hơn. Trước đây, việc kiểm soát phonon gần như là không thể, vì mỗi khi được phát hiện thì phonon lập tức bị phân hủy. Các phương pháp sử dụng phonon trước đây biến chúng thành điện trong các mạch lượng tử, gọi là quá trình qubit siêu dẫn. Các mạch có thể nhận một lượng điện nhất định, nên khi có số phonon phù hợp, chúng sẽ hấp thụ - phân hủy phonon nhưng tạo ra tín hiệu.

Trong các nghiên cứu mới của JILA, các nhà nghiên cứu hiệu chỉnh mạch để không phân hủy phonon ở quá trình hấp thụ, mà chỉ làm tăng tốc dòng điện nhờ có 1 vật chất rung đặc biệt được đặt trong đó. Thí nghiệm có thể đo được dòng điện mỗi khi có phonon đi qua.

Lucas Sletten từ U.C. Boulder chia sẻ: “Hiện đã có rất nhiều công trình khoa học ấn tượng về việc sử dụng công nghệ qubit siêu dẫn với photon ánh sáng, và tôi tự hỏi rằng chúng ta còn làm được những gì với phonon âm thanh?”

Điểm khác biệt dễ nhận ra nhất đó là âm thanh có tốc độ di chuyển chậm hơn ánh sáng rất nhiều. Nhờ đó, Sletten cùng các cộng sự có thể nghiên cứu được rõ hơn tương tác mạch-phonon. Họ 'bắt' được phonon bằng cách đặt các tấm gương âm thanh, làm các vật chất 'bật đi bật lại' giống như một tấm gương tương tác với ánh sáng. Những tấm gương âm thanh chỉ cần đặt cách nhau một khoảng rất nhỏ, trong khi gương ánh sáng sẽ phải đặt cách nhau ít nhất 12m.

Tốc độ chậm của âm thanh cũng giúp các nhà khoa học khám phá phonon ở nhiều trạng thái khác nhau. Theo ông Sletten, các máy tính lượng tử tính toán bằng cách tăng thêm các qubit siêu dẫn. Nhưng với phonon, ta chỉ cần có 1 qubit siêu dẫn nhưng ở nhiều trạng thái khác nhau cũng có thể đạt được kết quả tương tự. Yiwen Chu, một nhà vật lý tại ETH Zurich chia sẻ: “Đây quả thực là một dấu mốc lớn. Nó chắc chắn sẽ là một bước tiến giúp con người hiểu rõ và kiểm soát được tốt hơn máy tính lượng tử”. Nhưng trong tương lai các nhà nghiên cứu cũng phải có những cải tiến trước khi áp dụng được công nghệ mới vào thực tế, như việc tăng 'tuổi thọ' của phonon - hiện chỉ diễn ra trong 600 nano giây.