Các nhà nghiên cứu tại Đại học Aalto (Phần Lan) vừa đạt được một bước tiến lớn trong công nghệ đo lường siêu nhạy khi phát hiện một lượng năng lượng nhỏ hơn một zeptojoule - tức nhỏ hơn một phần nghìn tỷ của một phần tỷ joule. Thành tựu này, được công bố trên tạp chí Nature Electronics, có thể góp phần cải thiện công nghệ máy tính lượng tử và hỗ trợ công cuộc tìm kiếm vật chất tối.

Cơ học lượng tử vận hành ở những thang đo cực nhỏ, vì vậy các nhà khoa học liên tục phát triển những công cụ chính xác hơn để đo lường, định lượng và điều khiển các hạt cơ bản như photon. Phép đo càng chính xác thì càng mở ra nhiều khả năng cho công nghệ lượng tử, cũng như cho việc phát hiện các hạt axion - một trong những ứng viên tiềm năng của vật chất tối .

Một zeptojoule là một lượng năng lượng nhỏ đến mức gần như không thể hình dung. Để dễ so sánh, nó tương đương lượng công cần thiết để nâng một tế bào hồng cầu lên cao một nanomet trong trọng trường của Trái Đất.

Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Mikko Möttönen tại Đại học Aalto dẫn đầu, phối hợp với công ty máy tính lượng tử IQM và Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Phần Lan (VTT), đã sử dụng một thiết bị gọi là nhiệt lượng kế - loại cảm biến đo những thay đổi cực nhỏ về năng lượng nhiệt. Họ bắn một xung vi sóng vào một cảm biến được chế tạo từ hai loại kim loại: chất siêu dẫn, nơi xung truyền đi tự do không gặp điện trở, và kim loại dẫn điện thông thường, vốn tạo ra điện trở. Theo Giáo sư Möttönen, chính sự kết hợp giữa hai loại kim loại này khiến hiện tượng siêu dẫn trở nên rất "mong manh" - nó suy yếu ngay lập tức nếu nhiệt độ trong chất dẫn siêu lạnh tăng lên dù chỉ một lượng rất nhỏ. Đặc tính đó tạo nên một hệ đo có độ nhạy cực cao.

Sau khi tối ưu quá trình lọc tín hiệu, nhóm nghiên cứu xác nhận đã phát hiện một xung điện từ chỉ ở mức 0,83 zeptojoule. Theo nhóm nghiên cứu, đây là lần đầu tiên một thiết bị đo dựa trên nguyên lý nhiệt lượng đạt tới độ nhạy này - một kỷ lục đối với loại thiết bị vốn được xem là nằm trong nhóm nhạy nhất hiện nay.

Về lâu dài, bước tiến này có thể giúp các nhà khoa học đếm được từng photon riêng lẻ - mục tiêu được theo đuổi từ lâu trong công nghệ lượng tử và vật lý thiên văn. Nhóm nghiên cứu cho biết trong tương lai, thiết bị của họ có thể trở thành một linh kiện dùng để đọc trạng thái qubit trong máy tính lượng tử, đồng thời hỗ trợ việc tìm kiếm các hạt vật chất tối.

N.P.A (NASTIS), theo Aalto University