Nhà Vật Lý Tạo Trạng Thái Chồng Chập Lượng Tử Lớn Nhất Cho Vật Thể Khối Lượng Đáng Kể

Nhà vật lý lý thuyết người Áo Erwin Schrödinger đã xây dựng thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng Mèo Schrödinger vào năm 1935 nhằm minh họa nguyên lý chồng chập lượng tử. Thí nghiệm này mô tả một con mèo trong hộp kín có số phận gắn liền với một sự kiện lượng tử ngẫu nhiên, theo đó con mèo về lý thuyết tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái sống và chết cho đến khi quan sát. Các nhà khoa học hiện đại đang đưa lý thuyết này vào thực tế trên quy mô ngày càng lớn hơn, thách thức ranh giới giữa thế giới lượng tử và thế giới cổ điển.

Một nhóm các nhà vật lý tại Đại học Vienna, hợp tác với Đại học Duisburg-Essen, đã công bố trên tạp chí khoa học Nature vào ngày 21 tháng 1 năm 2026, về thành tựu tạo ra trạng thái chồng chập lượng tử lớn nhất từng được ghi nhận cho một vật thể có khối lượng đáng kể. Nghiên cứu này chứng minh rằng các cụm nguyên tử natri kim loại riêng lẻ, với khoảng 7.000 nguyên tử và kích thước khoảng 8 nanomet, thể hiện hành vi tồn tại ở hai vị trí cùng một lúc. Trong thí nghiệm này, các cụm nguyên tử đã thể hiện tính chất sóng, lan truyền trong trạng thái chồng chập của các quỹ đạo riêng biệt và giao thoa để tạo ra một mẫu có thể phát hiện được.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được giá trị $\mu = 15.5$ trong thí nghiệm mới, cao hơn khoảng một bậc độ lớn so với các thí nghiệm trước đó trên toàn thế giới. Mặc dù lý thuyết lượng tử không đặt ra giới hạn về kích thước cho sự chồng chập, các vật thể vĩ mô trong đời sống hàng ngày không biểu hiện hiện tượng này do sự mất kết hợp (decoherence), quá trình khiến hệ thống chuyển sang một trạng thái xác định khi tương tác với môi trường. Ý nghĩa thực sự của thành tựu này nằm ở “tính vĩ mô” đạt được, một thước đo kết hợp khối lượng vật thể và thời gian tồn tại của trạng thái lượng tử.

Thành tựu này lớn hơn mười lần so với kỷ lục trước đó, được thiết lập vào năm 2023 bởi Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Zurich (ETH Zurich) dưới sự chỉ đạo của Giáo sư Yiwen Chu. Thí nghiệm năm 2023 liên quan đến một tinh thể dao động khối lượng 16 microgam, tương đương khối lượng một hạt cát mịn, sử dụng một tinh thể sapphire chứa mười nghìn nghìn tỷ nguyên tử. Ngược lại, nhóm nghiên cứu Vienna năm 2026 chỉ cần khoảng một phần trăm giây để duy trì trạng thái chồng chập của các hạt nano kim loại, cho thấy sự khác biệt đáng kể về thời gian tồn tại so với nỗ lực của ETH Zurich.

Stefan Gerlich, một trong những tác giả từ Đại học Vienna, lưu ý rằng việc tăng quy mô hơn nữa sẽ gặp nhiều thách thức do các hạt có khối lượng lớn hơn có bước sóng ngắn hơn, khiến việc phân biệt giữa dự đoán lượng tử và cổ điển trở nên khó khăn. Việc đạt được các trạng thái chồng chập vĩ mô như thế này rất quan trọng để làm sáng tỏ ranh giới giữa thế giới lượng tử và thế giới cổ điển. Các nhà vật lý tại Đại học Vienna hiện đang tìm cách cải thiện kỷ lục của chính họ bằng nhiều bậc độ lớn trong những năm tới bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng được cải tiến.