Hãy tưởng tượng bạn cần đo chiều rộng của một sợi tóc từ khoảng cách hàng trăm mét, hoặc quan sát bên trong một mô mềm cực kỳ nhạy cảm mà không được chạm vào hay chiếu ánh sáng mạnh. Những việc tưởng chừng không thể này đã và đang là bài toán nan giải với các nhà khoa học, bởi thiết bị đo hiện tại thường không đủ chính xác khi ánh sáng quá yếu, mẫu vật quá mong manh hoặc môi trường xung quanh quá nhiễu.
Giờ đây, các nhà vật lý tại Đại học Illinois Urbana-Champaign (UIUC) đã phát triển một thiết bị hoàn toàn mới, cho phép đo đạc cực kỳ chính xác ở quy mô nanomet, ngay cả trong điều kiện rất khó khăn. Thiết bị này là một máy đo giao thoa lượng tử – một loại máy đo dùng nguyên lý nhiễu xạ ánh sáng, nhưng thay vì dùng ánh sáng thông thường, nó sử dụng cặp photon được “vướng víu lượng tử” để tạo ra tín hiệu rõ nét hơn, mạnh hơn, và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu xung quanh, theo Interesting Engineering.
Máy đo giao thoa ứng dụng công nghệ lượng tử
Với máy đo giao thoa truyền thống, thiết bị sẽ chia chùm ánh sáng làm hai: một đi qua mẫu vật, một làm chuẩn tham chiếu. Khi hai chùm sáng gặp lại, chúng tạo ra sóng giao thoa – giống như hai gợn sóng va vào nhau trên mặt nước. Cách những sóng này cộng hưởng hay triệt tiêu lẫn nhau sẽ cho thấy những thay đổi cực nhỏ trong mẫu vật, như độ dày, khoảng cách hay dao động. Phương pháp này đã được ứng dụng để phát hiện sóng hấp dẫn, hay kiểm tra võng mạc người. Tuy nhiên, nó gặp khó khăn trong môi trường quá sáng, quá nhiễu hoặc khi mẫu vật quá yếu, dễ hư hại nếu bị chiếu sáng mạnh.
Đó là lúc máy đo giao thoa lượng tử cho thấy lợi thế vượt trội. Trong thiết kế mới này, nhóm nghiên cứu sử dụng các cặp photon lượng tử – một photon đi qua mẫu vật, photon còn lại đi qua đường tham chiếu. Khi cả hai được phát hiện đồng thời, chúng tạo ra một tín hiệu giao thoa rõ ràng, ngay cả khi ánh sáng bị hấp thụ hoặc môi trường xung quanh không lý tưởng. Theo nhà nghiên cứu Colin Lualdi, chỉ cần phát hiện đúng cặp photon, tín hiệu giao thoa sẽ giữ nguyên độ tương phản – điều mà máy đo giao thoa thông thường không làm được.
Để tăng độ nhạy, nhóm nghiên cứu còn sử dụng kỹ thuật gọi là “vướng víu màu sắc cực đại”, tức là ghép cặp hai photon có màu rất khác nhau, ví dụ một đỏ và một xanh dương, thay vì chỉ chênh lệch chút ít. Nhờ đó, thiết bị có thể đo được những thay đổi cực nhỏ với độ chính xác cao mà không cần dùng đến ánh sáng mạnh hoặc dải màu rộng khó xử lý.
Kết quả thử nghiệm rất đáng chú ý. Thiết bị đã đo được độ dày của một lớp màng kim loại siêu mỏng chỉ trong vài giây và kết quả hoàn toàn trùng khớp với phương pháp đo bằng kính hiển vi lực nguyên tử – một công cụ cực kỳ chính xác trong phòng thí nghiệm. Điều này chứng minh máy đo giao thoa lượng tử có thể hoạt động nhanh chóng, chính xác và an toàn với các mẫu vật nhạy cảm.
Công nghệ này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực. Trong y học, nó có thể giúp bác sĩ quan sát mô sống mà không làm tổn thương tế bào. Trong sinh học, có thể nghiên cứu các sinh vật nhạy sáng như tảo mà không làm thay đổi hành vi của chúng. Trong kỹ thuật, thiết bị có thể được dùng để giám sát vật liệu hoặc linh kiện ngoài trời, nơi có nhiều nhiễu sáng.
Tuy nhiên, thiết bị hiện tại vẫn còn khá phức tạp, với nhiều linh kiện nhỏ đòi hỏi căn chỉnh chính xác. Nhóm nghiên cứu hy vọng trong tương lai sẽ đơn giản hóa được thiết kế để đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và đến với ứng dụng thực tế.
Anh Việt
Nguồn tin: https://genk.vn/cong-nghe-luong-tu-moi-cho-phep-nhin-thay-ca-nhung-thu-gan-nhu-vo-hinh-20250524212810431.chn
