Một bước đột phá mới trong lĩnh vực đo lường và quan sát siêu nhỏ vừa được các nhà khoa học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign (UIUC) công bố: Một thiết bị đo giao thoa lượng tử có khả năng nhìn thấy và phân tích chính xác những vật thể gần như vô hình – Mà không gây bất kỳ tổn hại nào cho mẫu vật. Phát minh này không chỉ tạo tiếng vang trong giới khoa học mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn to lớn trong nhiều ngành từ y học, sinh học đến sản xuất công nghệ cao.
Khi đi sâu vào thế giới của các cấu trúc nano hoặc sinh học nhạy cảm, các kỹ thuật quan sát truyền thống như kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) hay kính hiển vi điện tử thường gặp những giới hạn nghiêm trọng. Chúng yêu cầu môi trường cực kỳ ổn định, dễ làm hỏng mẫu nếu ánh sáng quá mạnh, hoặc cần đến hàng giờ thao tác mới cho ra một phép đo chính xác. Điều này khiến việc theo dõi vật thể sống hoặc những cấu trúc mỏng, yếu trở nên vô cùng khó khăn.
Để vượt qua những giới hạn đó, nhóm nghiên cứu tại UIUC đã khai thác hiện tượng “vướng víu lượng tử” – Một trạng thái kỳ lạ trong cơ học lượng tử khi hai hạt photon dù ở cách xa nhau vẫn chia sẻ thông tin tức thời. Thiết bị mà họ phát triển dựa trên một hệ đo giao thoa lượng tử gồm hai photon: Một photon được gửi đi xuyên qua mẫu vật cần phân tích, photon còn lại hoạt động như một đơn vị tham chiếu.
Khi cả hai photon được thu nhận cùng lúc, hệ thống sẽ xử lý sự sai khác cực nhỏ giữa chúng để dựng lại hình ảnh hoặc dữ liệu về mẫu vật với độ chính xác rất cao – Ngay cả khi mẫu đó gần như trong suốt hoặc bị che khuất bởi nhiễu nền.
Khác với các công trình trước đây thường sử dụng photon có bước sóng gần giống nhau, nhóm UIUC đã tiên phong áp dụng kỹ thuật mới gọi là vướng víu quang phổ cực đại. Họ kết hợp các photon có màu sắc rất khác nhau – Chẳng hạn như đỏ và xanh lam – Giúp mở rộng đáng kể dải phân tích của thiết bị. Nhờ đó, máy có thể phát hiện và đo được các thay đổi vật lý tinh vi hơn, chẳng hạn như sự chênh lệch vài nanomet trong độ dày màng mỏng.
Những thử nghiệm đầu tiên đã cho kết quả đáng kinh ngạc: thiết bị có thể đo chính xác độ dày của một lớp kim loại siêu mỏng chỉ trong vài giây – Thay vì hàng giờ như trước đây – Và đặc biệt, điều này được thực hiện trong môi trường ánh sáng yếu mà không làm hỏng mẫu.
Khả năng đo nhanh, không xâm lấn và hoạt động hiệu quả ngay cả trong môi trường có nhiều nhiễu giúp thiết bị này trở thành một công cụ lý tưởng trong nhiều lĩnh vực:
- Trong y học, công nghệ này có thể được dùng để theo dõi mô sống mà không cần ánh sáng mạnh, hạn chế tối đa tổn thương tế bào.
- Trong sinh học, các nhà nghiên cứu có thể quan sát vi sinh vật hoặc sinh vật nhạy sáng như tảo lục trong điều kiện tự nhiên, không làm thay đổi hành vi sinh học của chúng.
- Trong công nghiệp, thiết bị có thể theo dõi và kiểm tra chất lượng bề mặt, lớp phủ hoặc cấu trúc nano trong môi trường khắc nghiệt như dây chuyền sản xuất hoặc ngoài trời.
Với khả năng đưa vật thể “vô hình” trở lại trong tầm mắt con người mà không gây tổn hại cho mẫu, công nghệ đo giao thoa lượng tử dựa trên vướng víu quang phổ chính là một bước tiến cách mạng. Nó không chỉ phá vỡ rào cản hiện hữu của thị giác khoa học mà còn đặt nền móng cho một thế hệ thiết bị quan sát mới – Chính xác hơn, an toàn hơn và linh hoạt hơn cho mọi ngành khoa học và công nghiệp trong tương lai.
