Vào ngày 7 tháng 10 năm 2025, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã chính thức công bố Giải Nobel Vật Lý năm nay thuộc về ba nhà khoa học: John Clarke (Anh-Mỹ), Michel H. Devoret (Pháp-Mỹ) và John M. Martinis (Mỹ). Họ được vinh danh nhờ những thí nghiệm đột phá chứng minh hiệu ứng đường hầm lượng tử vĩ mô và lượng tử hóa năng lượng trong các mạch điện siêu dẫn. Công trình này không chỉ mở rộng ranh giới giữa thế giới lượng tử vi mô và vĩ mô mà còn đặt nền tảng cho các công nghệ tương lai như máy tính lượng tử và cảm biến siêu nhạy. Giải thưởng này tiếp nối truyền thống Nobel, nhấn mạnh vai trò của cơ học lượng tử trong việc thay đổi thế giới hiện đại, từ điện thoại thông minh đến trí tuệ nhân tạo (AI).

 

Ba nhà khoa học này đã hợp tác chặt chẽ trong những năm 1980 tại Đại học California, Berkeley. Công trình chính của họ tập trung vào các mạch điện siêu dẫn sử dụng tiếp giáp Josephson – một cấu trúc nơi hai lớp siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp cách điện mỏng. Trong các thí nghiệm thực hiện năm 1984 và 1985, họ đã chứng minh rằng các hiệu ứng lượng tử, vốn thường chỉ quan sát được ở cấp độ nguyên tử, có thể biểu hiện rõ ràng ở quy mô vĩ mô, với hệ thống chứa hàng tỷ cặp Cooper (các cặp electron siêu dẫn).

Cụ thể, hiệu ứng đường hầm lượng tử vĩ mô cho phép hệ thống "xuyên qua" rào cản năng lượng mà không cần vượt qua đỉnh, giống như một hạt lượng tử di chuyển qua tường chắn. Trong mạch điện của họ, dòng điện ban đầu ở trạng thái không điện áp, bị "kẹt" sau một rào cản. Tuy nhiên, nhờ tính chất lượng tử, hệ thống có thể chuyển trạng thái đột ngột, tạo ra điện áp đo lường được. Đồng thời, họ chứng minh năng lượng được hấp thụ và phát ra theo các mức rời rạc, phù hợp với nguyên lý lượng tử hóa của Max Planck và Niels Bohr. Điều này thách thức quan niệm cổ điển rằng hiệu ứng lượng tử chỉ tồn tại ở quy mô nhỏ, mở ra câu hỏi về giới hạn kích thước của các hệ thống lượng tử.

Tiểu sử của các nhà khoa học phản ánh hành trình quốc tế và đa dạng trong nghiên cứu. John Clarke, sinh năm 1942 tại Cambridge, Anh, lấy bằng tiến sĩ tại Đại học Cambridge năm 1968 trước khi chuyển sang Mỹ làm giáo sư tại Đại học California, Berkeley. Ông nổi tiếng với công trình về cảm biến từ siêu nhạy (SQUIDs), ứng dụng trong y học và địa chất. Michel H. Devoret, sinh năm 1953 tại Paris, Pháp, nhận bằng tiến sĩ từ Đại học Paris-Sud năm 1982, hiện là giáo sư tại Đại học Yale và Đại học California, Santa Barbara. Ông là chuyên gia về điện tử lượng tử và đã đóng góp lớn cho Google Quantum AI với vai trò nhà khoa học chính về phần cứng. John M. Martinis, sinh năm 1958 tại Mỹ, lấy bằng tiến sĩ tại Berkeley năm 1987, từng lãnh đạo nhóm phần cứng tại Google trước khi trở về Đại học California, Santa Barbara làm giáo sư. Martinis được biết đến với việc phát triển qubit siêu dẫn, góp phần vào việc đạt được ưu thế lượng tử (quantum supremacy) năm 2019.

Ý nghĩa của công trình này vượt xa lý thuyết. Nó đã mở đường cho sự phát triển của máy tính lượng tử, nơi các bit lượng tử (qubit) có thể xử lý thông tin song song, giải quyết vấn đề phức tạp mà máy tính cổ điển không thể. Ví dụ, Google, nơi Devoret và Martinis từng làm việc, đã sử dụng nguyên lý này để xây dựng chip Sycamore, chứng minh khả năng tính toán lượng tử vượt trội. Ngoài ra, các ứng dụng bao gồm mã hóa lượng tử an toàn hơn, cảm biến lượng tử phát hiện sóng hấp dẫn hoặc từ trường yếu, và thậm chí là công nghệ y tế như MRI siêu chính xác. Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật Lý, Olle Eriksson, nhấn mạnh: "Cơ học lượng tử không ngừng mang đến những bất ngờ mới, và nó là nền tảng của mọi công nghệ số."

So sánh với các giải Nobel trước, giải thưởng năm 2025 tiếp nối xu hướng tôn vinh các phát minh liên quan đến công nghệ hiện đại. Năm 2024, John Hopfield và Geoffrey Hinton được trao giải nhờ mạng nơron nhân tạo, nền tảng cho AI ngày nay. Trước đó, năm 2023 vinh danh các nghiên cứu về xung attosecond, cho phép quan sát electron ở cấp độ thời gian cực ngắn. Đến nay, Giải Nobel Vật Lý đã được trao 119 lần, vinh danh 230 cá nhân, trong đó chỉ có 5 phụ nữ, phản ánh sự đa dạng còn hạn chế trong lĩnh vực này. Giải thưởng năm nay cũng nhấn mạnh sự thống trị của Mỹ, với ba người nhận đều làm việc tại các trường đại học Mỹ, dù Clarke và Devoret có nguồn gốc châu Âu.

Tuần lễ Nobel 2025 tiếp tục với các giải Hóa học (8/10), Văn học (9/10), Hòa bình (10/10) và Kinh tế (13/10). Mỗi giải bao gồm huy chương vàng, bằng chứng nhận và 11 triệu kronor Thụy Điển (khoảng 1,1 triệu USD), được trao vào ngày 10/12 tại Stockholm, kỷ niệm ngày mất của Alfred Nobel.

Giải Nobel Vật Lý 2025 không chỉ công nhận những đóng góp tiên phong của Clarke, Devoret và Martinis mà còn khẳng định tiềm năng vô tận của cơ học lượng tử trong việc định hình tương lai. Từ các thí nghiệm nhỏ bé trên chip điện tử, họ đã chứng minh rằng thế giới lượng tử có thể được kiểm soát ở quy mô con người, mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ. Trong bối cảnh cuộc cách mạng số đang diễn ra, công trình này nhắc nhở chúng ta rằng khoa học cơ bản là chìa khóa cho những tiến bộ đột phá, thúc đẩy nhân loại tiến xa hơn trong việc khám phá vũ trụ và chính bản thân.

P.A.T (NASTIS)

Tài liệu tham khảo

1. NobelPrize.org. (2025). Press Release: The Nobel Prize in Physics 2025. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/press-release/.
2. Nature. (2025). Groundbreaking quantum-tunnelling experiments win physics Nobel. Truy cập từ https://www.nature.com.
3. Physics World. (2025). John Clarke, Michel Devoret and John Martinis win the 2025 Nobel Prize for Physics. https://physicsworld.com.