Nghiên cứu mới về hiệu ứng Aharonov–Bohm bằng máy tính lượng tử tại Oxford

Tuệ Minh 20/10/2026 08:02

Các nhà khoa học tại Oxford đã mô phỏng hiệu ứng lượng tử giúp hạt bị 'đứng yên', mở rộng hiểu biết về tương tác vật chất và trường lượng tử.

Trong vật lý cổ điển, một hạt mang điện thường chịu lực từ khi chuyển động trong từ trường. Nhưng cơ học lượng tử cho thấy câu chuyện phức tạp hơn: một hạt có thể bị ảnh hưởng bởi từ thông trong vùng mà nó không trực tiếp đi qua.

Minh họa về vòng lặp được hình thành bởi hệ thống lượng tử lai. Vòng lặp trung tâm bị xuyên thủng bởi dòng Aharonov-Bohm, làm nổi bật một trong những kết quả chính của công trình nghiên cứu.

Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Aharonov–Bohm, được Yakir Aharonov và David Bohm dự đoán năm 1959. Trong cơ học lượng tử, hạt có tính chất sóng, trạng thái của nó có một đại lượng gọi là pha lượng tử. Khi các khả năng đường đi khác nhau giao thoa, sự chênh lệch pha có thể làm thay đổi kết quả đo được, dù hạt không đi vào vùng chứa từ trường.

ua61l0g8dnwfsm9zkr5v5vh9mh6if8r4o48a36a8xjupgp9zzmkznuouvdnexwzdfzxv4beaqdf7hibkqtohmojwip3sbbs5trdaou2idy7hp8qwwyfgvjt3sco2sapx76tiv3gzuffyufyimm4mysmpwitrea29xkyeyea4a-tdvokx2todpuibxwzs66g.jpg — Sơ đồ hiệu ứng Aharonov–Bohm

Hiệu ứng này đã được xác nhận trong các thí nghiệm với electron thật. Nghiên cứu mới tại Oxford mở rộng việc khảo sát nó sang hệ thống mô phỏng những tương tác phức tạp hơn giữa vật chất và trường lượng tử.

Nhóm nghiên cứu sử dụng một máy tính lượng tử lai, kết hợp qubit – đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử – với các dao động tử lượng tử đại diện cho chuyển động dao động. Hệ thống được thiết kế để mô phỏng một cấu trúc dạng mạng, trong đó các trạng thái vật chất liên kết với những trường lượng tử.

Nhóm có thể điều khiển thông số tương ứng với từ thông xuyên qua một vòng của cấu trúc mô phỏng. Khi thay đổi thông số này, pha lượng tử của hạt mô phỏng thay đổi và làm các khả năng chuyển động giao thoa với nhau.

sagqmprj4yi0113eyopnvuv-8c3x0k7r17dgk-ptdg24klw0advzjanvxjxikofumr9csy9yivhtowfvt61o05qc4mmknuygjrzh6rdj-058y-mit-d42cedsqoljii0oahrookmqp9jrjbtbvijqdeuvazrzw8bmbtnaanjeerfdscfdd5dsdwhllxzvsit.jpg — Mô hình mạng dùng để nghiên cứu tương tác vật chất và trường.

Trong điều kiện thích hợp, sự giao thoa triệt tiêu chuyển động, khiến hạt mô phỏng bị "đứng yên".

Khi mở rộng sang các mô hình mạng, hiện tượng này giúp các nhà khoa học khảo sát cách vật chất tương tác với trường trong những điều kiện khó mô phỏng bằng máy tính truyền thống.

bqlnjyoqym6uheu9wzcbukpsgewvyh3k7wpbpq3czxlpoczubdaty-afctz4fxut9w8mtqlivimanirydpxxotqsyrdbbxhyd2q1wdxxdvgikhsrqwvpgdtqru1t2gbjb9hzbnlep0wjdqc5ejg0symsi0tdijjn2hnipf9ffbqkkcvtvclamtk8s8do8nki.jpg — Hệ thống lượng tử lai dùng trong nghiên cứu.

Máy tính lượng tử cho phép xây dựng một hệ thống mà trạng thái lượng tử của phần cứng trực tiếp biểu diễn những thành phần của mô hình. Điều này có thể tạo ra một nền tảng thực nghiệm để kiểm tra dự đoán lý thuyết.

Công trình được công bố trên Nature Physics. Kết quả chứng minh một hiệu ứng vật lý có thể được tái tạo trong hệ thống lượng tử có thể điều khiển, chứ chưa đồng nghĩa máy tính lượng tử hiện nay đã vượt trội máy tính truyền thống trong mọi ứng dụng.

Hệ thống thí nghiệm vẫn có giới hạn về số thành phần, độ chính xác điều khiển và tác động của nhiễu. Để mô phỏng những hệ vật lý lớn hơn, các nhà nghiên cứu cần cải thiện khả năng mở rộng và độ tin cậy của thiết bị.

Ý nghĩa của công trình nằm ở việc đưa một hiệu ứng lượng tử nổi tiếng vào môi trường mô phỏng linh hoạt hơn. Nếu các hệ thống tương tự tiếp tục được cải thiện, chúng có thể giúp kiểm tra những lý thuyết về vật chất và trường mà hiện nay rất khó nghiên cứu bằng thí nghiệm trực tiếp.