100 năm vật lý lượng tử: Giữa thế giới vi mô và vĩ mô
Không có tưởng thưởng nào đẹp hơn cho vật lý lượng tử và những người đam mê nó bằng những hội nghị quốc tế và những bài giảng đại chúng kỷ niệm 100 năm vật lý lượng tử giữa mùa Nobel.
Năm 2025 được UNESCO chọn là Năm KH&CN lượng tử quốc tế, kết quả của một cuộc vận động do Hiệp hội Vật lý Mỹ và Hiệp hội Vật lý Đức khởi xướng từ nhiều năm trước. Khi đó, các nhà vật lý đã nghĩ đến một năm của những hội thảo, hội nghị và các sự kiện khác tại các viện nghiên cứu, trường đại học về KH&CN lượng tử trên khắp thế giới.
Bởi sau 100 năm tạo ra một cuộc cách mạng làm thay đổi nhận thức con người về vũ trụ ở quy mô nhỏ nhất, vật lý lượng tử đang đưa chúng ta đến cuộc cách mạng thứ hai về công nghệ, vì vậy rất cần những cuộc thảo luận và trao đổi về các khía cạnh khác nhau của KH&CN lượng tử. “Việt Nam chắc chắn cũng sẽ hưởng ứng tích cực Năm quốc tế về KH&CN lượng tử này thông qua các hoạt động sâu rộng trên quy mô toàn quốc, giúp cộng đồng trong và ngoài giới chuyên môn nâng cao hiểu biết về tầm quan trọng và tác động to lớn của KH&CN lượng tử trong đời sống hằng ngày”, PGS. TS Nguyễn Bá Ân, một nhà lý thuyết về truyền thông lượng tử, từng dự đoán từ tháng 8/2024 1.
Đó cũng là điểm khởi đầu cho một chuỗi sự kiện khoa học mà Viện Nghiên cứu Tiên tiến Phenikaa (PIAS), một cơ sở nghiên cứu khoa học cơ bản do ĐH Phenikaa thành lập từ năm 2018, ấp ủ. “Cách đây hơn một năm, các nhà nghiên cứu ở Phenikaa có họp bàn về các định hướng chiến lược và các điểm nhấn mang tính đặc trưng khi Trường chuyển sang pha Đại học. Một trong các định hướng/điểm nhấn ưu tiên là miễn phí đào tạo sau đại học, đẩy mạnh nghiên cứu khoa học chất lượng cao, quốc tế hóa toàn diện nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và nghiên cứu”, giáo sư Phùng Văn Đồng, người lúc đó mới được bổ nhiệm làm Viện trưởng PIAS nhiệm kỳ 2024-2027, nói.
“Một sự thật vĩ đại là một sự thật mà đối nghịch với nó cũng là một sự thật vĩ đại. Tất cả chúng ta đều đồng ý là lý thuyết của anh thật điên rồ. Vấn đề đủ sức gây chia rẽ chúng ta là liệu chúng ta có đủ điên rồ để có cơ hội có được một cái đúng không”. Niels Bohr
Là một nhà nghiên cứu khoa học cơ bản, anh hiểu giá trị mà các thảo luận quốc tế và những hoạt động khoa học, đào tạo liên quan có thể đem lại cho một cơ sở nghiên cứu còn khá mới mẻ với học thuật quốc tế như PIAS. So với những cơ sở nghiên cứu vật lý khác có tuổi đời trên 50 năm ở Việt Nam hay Đông Nam Á, PIAS vẫn còn non trẻ, bất chấp một sự thật là viện đã quy tụ được một số gương mặt xuất sắc của vật lý Việt Nam. Vì vậy, theo GS. Phùng Văn Đồng, “một trong các hoạt động trọng tâm là hằng năm phải tổ chức hội nghị quốc tế nhằm chia sẻ kiến thức, hợp tác và truyền cảm hứng cho tương lai”.
Ý tưởng cần phải tổ chức một hội nghị quốc tế như một nơi trao đổi học thuật và kết nối hợp tác ở PIAS đã gặp gợi ý rõ ràng từ Năm quốc tế về KH&CN lượng tử của UNESCO. Khó có thể có sự trùng hợp nào thú vị hơn và cũng nhiều ý nghĩa hơn! Dẫu không phải cháu chắt trực hệ trong phả hệ di truyền thì từ nơi xa xôi, những hậu bối làm khoa học và yêu khoa học một cách chân thành vẫn có thể dễ “gặp may” như thế, khi nhận được sự hỗ trợ theo nhiều cách từ những bậc tiền nhân đã đi trước mở đường, tạo ra một cuộc cách mạng mới cho vật lý hiện đại và nhận thức của con người cách đây ngót thế kỷ như Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born… Đó là thời điểm mà lần đầu tiên, khi nhìn sâu vào cấu trúc vật chất tạo nên thế giới này, hành xử kỳ quặc của các khối xây dựng cơ bản của sự sống khiến người ta kinh ngạc. Những bí mật ẩn dấu trong thế giới vi mô dần hiện ra trước mắt con người. “Sự hiểu biết về thời điểm và vị trí của hạt bổ sung cho hiểu biết về năng lượng và xung lượng của nó. Nếu chúng ta biết cái này với độ chính xác cao thì chúng ta không thể biết cái kia cùng độ chính xác cao, tuy nhiên chúng ta phải biết cả hai để biết hành vi của hệ”, như cách Heisenberg đề cập đến nguyên lý bất định của cơ học lượng tử trong cuốn sách nổi tiếng của mình, “Vật lý và triết học” 2. Thậm chí, những vấn đề mang tính triết học mà cơ học lượng tử gợi ra còn lớn hơn thế. “Một sự thật vĩ đại là một sự thật mà đối nghịch với nó cũng là một sự thật vĩ đại. Tất cả chúng ta đều đồng ý là lý thuyết của anh thật điên rồ. Vấn đề đủ sức gây chia rẽ chúng ta là liệu chúng ta có đủ điên rồ để có cơ hội có được một cái đúng không”, câu nói của bậc hiền nhân lượng tử Niels Bohr, sau một thế kỷ vẫn gây xoắn não người ngoại giới.
Cái thú vị của cơ học lượng tử, sau một thế kỷ, vẫn còn nguyên vẹn, thậm chí càng thêm hấp dẫn bởi những tiến triển công nghệ nóng bỏng trên khắp thế giới. “Năm 2025 là năm kỷ niệm 100 năm thiết lập thành công lý thuyết lượng tử, một lý thuyết đem lại hiểu biết cho nhân loại về lịch sử vũ trụ, các kỳ dị trong vũ trụ, cũng như các ứng dụng to lớn mà nó đem lại cho thế giới chúng ta đang sống như công nghệ bán dẫn, năng lượng hạt nhân, điện thoại, máy tính và còn nữa với máy tính lượng tử và vô số công nghệ lượng tử khác”, GS. Phùng Văn Đồng lý giải lý do vì sao PIAS lại lên ý tưởng tổ chức một hội nghị quốc tế mang nhiều ý nghĩa như thế: kỷ niệm 100 năm vật lý lượng tử.
“Khoa học hôm nay, công nghệ ngày mai”. Đúng như nhận xét của nhà vật lý lý thuyết Edward Teller, sau một thế kỷ tồn tại, vật lý lượng tử đã có những ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực khoa học khác và đặt nền móng cho những công nghệ mới hứa hẹn làm thay đổi cuộc sống của con người. Đây cũng là lý do mà PIAS đã lựa chọn bảy chủ đề trong hội nghị kỷ niệm 100 năm lượng tử nhằm bao quát tầm quan trọng của lý thuyết lượng tử với khoa học, đó là vật lý năng lượng cao; vật lý thiên văn và vũ trụ; vật lý chất ngưng tụ và vật lý tính toán; tính toán và kỹ thuật lượng tử; KH&CN hạt nhân; khoa học vật liệu và công nghệ bán dẫn; vật lý kỹ thuật và ứng dụng.
“Chúng tôi xác định mình và nhiều đồng nghiệp ở Việt Nam đều là những người đi học, mong nhận được những cái mới và sâu sắc từ hội nghị. Mặt khác, chúng tôi tổ chức diễn đàn này nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và nghiên cứu của trường”. GS. Phùng Văn Đồng
Trên một khung hình được phác họa từng đường nét cơ bản như thế, những hình khối với các chi tiết, màu sắc tinh tế dần xuất hiện. Việc mời những nhà khoa học được ngắm vào các vị trí quan trọng như keynote speaker, invited speaker ở phiên thảo luận chính và các phiên thảo luận song song được các nhà nghiên cứu ở PIAS thảo luận. “Các nhà khoa học này được chúng tôi lựa chọn một cách cẩn thận với tiêu chí là phải đang làm nghiên cứu, đặc biệt phải là người dẫn đầu các chuyên ngành của mình và có khả năng thảo luận với tính sư phạm cao”, GS. Phùng Văn Đồng cho biết. Tại sao lại như vậy? “Chúng tôi xác định mình và nhiều đồng nghiệp ở Việt Nam đều là những người đi học, mong nhận được những cái mới và sâu sắc từ hội nghị. Mặt khác, chúng tôi tổ chức diễn đàn này nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và nghiên cứu của trường, khuyến khích sinh viên đại học và sau đại học đến nghe”.
Việc tổ chức một hội nghị quốc tế theo các chuẩn mực quốc tế không còn là chuyện xa lạ với khoa học Việt Nam, đặc biệt với các cơ sở có truyền thống nghiên cứu và đào tạo. Nhưng với cơ sở còn rất mới như PIAS, chưa đủ thâm niên để tạo ra một nhận diện khoa học dễ nhận biết trên bản đồ quốc tế, bất chấp việc họ đã góp sức rất nhiều vào sự thăng tiến của ĐH Phenikaa trong bảng xếp hạng Nature index mấy năm gần đây. Vậy cách nào để PIAS mời được những nhà khoa học đúng như tiêu chí mình đặt ra? “Việc thảo thư mời các nhà khoa học quốc tế cũng dựa trên các yếu tố: mộc mạc, chân thành, cầu tiến, và trân trọng tri thức, nói cách khác là hoàn toàn dựa vào tinh thần khoa học”, GS. Phùng Văn Đồng nói. Đây cũng là lúc mạng lưới hợp tác quốc tế của các trưởng nhóm nghiên cứu ở PIAS có thể hỗ trợ. “Thậm chí, chính một số nhà khoa học quốc tế mà PIAS đã hợp tác từ trước đó giới thiệu những đồng nghiệp xuất sắc của mình”.
Tuy nhiên, không dễ mời được họ. Cái khó trong việc mời một nhà khoa học khác cái khó của việc mời một ngôi sao showbiz, nó không phụ thuộc vào cát xê mà phụ thuộc vào thời gian có thể thu xếp và giá trị đích thực của sự kiện khoa học. Một người quen của PIAS, GS. Đàm Thanh Sơn (ĐH Chicago), người từng giành huy chương Dirac của Trung tâm Vật lý lý thuyết Quốc tế (ICTP) năm 2018 và giải Bogoliubov của Viện Liên hợp hạt nhân Dubna năm 2019, không nhận lời ngay lập tức sau khi nhận được thư mời. Sự cân nhắc về khả năng tham gia và cân nhắc về nội dung khoa học có thể đóng góp một cách ý nghĩa đã lấy mất của anh hai tháng nhưng thực sự tạo nên một bất ngờ đáng giá. Bài giảng “Quantum Tunneling: Fundamental Physics and Practical Applications” (Xuyên hầm lượng tử: Vật lý cơ bản và những ứng dụng thực tiễn) được GS. Đàm Thanh Sơn gửi đến Ban tổ chức hội nghị từ khá sớm, trước thời điểm Ủy ban Nobel công bố giải Nobel Vật lý 2025 cho John Clarke, Michel Devoret và John Martinis, ba nhà khoa học thực hiện thực nghiệm đột phá về xuyên hầm lượng tử ở cấp độ vĩ mô. “Anh Sơn gửi bài cho chúng tôi từ sớm và không biết là giải Nobel năm nay sẽ được trao cho ai. Sau khi biết tin về giải Nobel, chúng tôi cũng đã hỏi lại anh Sơn và anh ấy trả lời là hoàn toàn không biết”, GS. Phùng Văn Đồng kể về sự trùng hợp giữa nội dung bài giảng của GS. Đàm Thanh Sơn và giải Nobel Vật lý 2025.
Vật lý lượng tử với những từ khóa “rối lượng tử”, “chồng chập lượng tử”, “uy quyền lượng tử”, “máy tính lượng tử”, “bit lượng tử”, “mật mã lượng tử”… đã dần trở nên quen thuộc ngay cả ở Việt Nam, nơi trình độ khoa học vẫn còn khiêm tốn với thế giới.
Với người ngoại giới, cái khả thể bất ngờ trở thành cái thực tại hiện hữu trong mùa Nobel nhưng với người làm khoa học thì đó không bất ngờ. Xuyên hầm lượng tử là một trong những chủ đề nghiên cứu hấp dẫn nhất hiện nay của vật lý hiện đại. Và nghiên cứu của ba nhà khoa học, bao gồm hiện tượng xuyên hầm lượng tử và chồng chập lượng tử, đã giúp đặt nền tảng cho phát triển các máy tính lượng tử tiên tiến nhất. Nathalie de Leon, một nhà vật lý thực nghiệm tại ĐH Princeton ở New Jersey, đánh giá trên Nature, ngay sau khi biết tin về giải Nobel “Việc những vật thể quy mô lớn như vậy có thể vận hành theo nguyên tắc của cơ học lượng tử là điểm khởi đầu cho rất nhiều khám phá khoa học hiệu quả trong nhiều thập kỷ sau, và chúng ta hiện đang sống trong một kỷ nguyên thú vị, nơi con người đang bắt đầu chế tạo các bộ xử lý lượng tử từ các mạch siêu dẫn” 3.
*****
Từ nền tảng đã được thiết lập từ 100 năm trước, vật lý lượng tử vẫn khiến người ta phải chú ý đến mình khi tiếp tục mở ra những cuộc tranh luận, cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Cái đẹp của vật lý lượng tử không nằm chết cứng đóng khung trong viện bảo tàng mà tươi rói, tràn đầy sức sống để giúp phát triển nhận thức mới và công nghệ mới cho thế giới này. Theo nhận xét của Olle Eriksson, Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý “Thật kỳ diệu là chúng ta có thể chúc mừng vật lý lượng tử trong đúng năm kỷ niệm 100 năm khai sinh cơ học lượng tử. Điều đó cho thấy, sau 100 năm thì cơ học lượng tử vẫn tạo ra những điều bất ngờ mới”.
Dù chưa được hiểu hết nhưng vật lý lượng tử với những từ khóa “rối lượng tử”, “chồng chập lượng tử”, “uy quyền lượng tử”, “máy tính lượng tử”, “bit lượng tử”, “mật mã lượng tử”… đã dần trở nên quen thuộc ngay cả ở Việt Nam, nơi trình độ khoa học vẫn còn khiêm tốn với thế giới. Có thể tạm lý giải một phần nguyên nhân là “mưa dầm thấm lâu”, khi các tri thức bắt đầu từ “tháp ngà” học thuật lan ra xã hội, một phần là từ rất nhiều hội thảo, seminar như PIPC 2025 đã diễn ra kể từ đầu năm, trong đó chiếm không ít là những bài giảng đại chúng do Viện Vật lý (Viện hàn lâm KH&CN Việt Nam), Hội Vật lý Việt Nam, Viện Nghiên cứu cao cấp về toán, trường Đại học KHTN (ĐHQGHN) tổ chức với các chủ đề khác nhau… “Người tới nghe bài giảng đại chúng ‘2025 Nobel Prize in Physics – Hardware for Quantum Computers’ (Giải Nobel Vật lý 2025 – Phần cứng cho Máy tính Lượng tử) ở trường Đại học KHTN chật kín cả hội trường, gồm cả các bạn sinh viên trong và ngoài trường”, TS. Nguyễn Quốc Hưng, Viện trưởng Viện Công nghệ lượng tử (ĐHQGHN) cho biết. Cũng thật “may mắn” là diễn giả của sự kiện này, GS. Alexey Ustinov – Giám đốc Phòng thí nghiệm Công nghệ lượng tử siêu dẫn, trường Đại học KH&CN Quốc gia Nga (MISIS), “là đồng tác giả công bố với các nhà khoa học đoạt giải Nobel Vật lý John Clarke và John Martinis về hiệu ứng lượng tử vĩ mô trên mạch điện siêu dẫn, và là bạn thân của Michel Devoret”, TS. Nguyễn Quốc Hưng cho biết thêm – hai ông có cùng học trò về mạch điện siêu dẫn vĩ mô là GS. Wallraff ở Đại học Zurich ETH (PhD với Ustinov, postdoc với GS. Devoret Nobel).
Sức hấp dẫn của vật lý lượng tử với công chúng không chỉ vì những gợi mở về công nghệ hứa hẹn mang lại mà còn vì sức hấp dẫn của một giải thưởng khoa học uy tín bậc nhất, xứng đáng là ‘tiêu chuẩn vàng’: giải Nobel. Hiệu ứng kép trong năm 2025 này thực sự tốt ở Việt Nam, TS. Nguyễn Quốc Hưng đánh giá. Theo quan sát của anh, năm 2025 đã chứng kiến “sự bùng nổ chú ý, nó chứng tỏ là nhu cầu xã hội về việc tìm hiểu thông tin, muốn tham gia các hoạt động liên quan, thậm chí cả hội chứng FOMO (hội chứng sợ bị bỏ lỡ) là có thật. Nhưng nó cũng cho thấy tiềm năng phát triển công nghệ lượng tử ở Việt Nam là có thật. Doanh nghiệp cũng hào hứng lắm, họ chỉ không biết nên bắt đầu từ đâu thôi” (Điều tương tự ở lĩnh vực công nghệ hạt nhân, khi nhiều doanh nghiệp Việt Nam thực sự quan tâm đến các lò phản ứng mô đun nhỏ SMR, ngay cả khi đây mới là công nghệ chưa trưởng thành).
Việc trải nghiệm những sự kiện khoa học trong cùng khung thời gian và cùng chủ đề với thế giới đem lại một cảm giác đặc biệt. Nó cho người ta thấy chí ít, bỏ qua một số cách biệt thì mình cũng là một phần của thế giới này: với các nhà khoa học, việc cùng tổ chức, cùng thảo luận với đồng nghiệp quốc tế hứa hẹn mở ra những kết nối, những cơ hội nghiên cứu mới mà rất có thể sẽ góp phần mở rộng đường biên học thuật, thúc đẩy sự phát triển ở quy mô lớn hơn; với công chúng, việc tham gia, nghe ngóng cái mới từ giới học thuật cũng sẽ có thể đem lại cái nhìn mới, và có thể là một phổ những khả thể (spectrum of possibilities) sẽ đến ở tương lai.
Có vô vàn những điều mà năm 2025, với cột mốc trăm năm vật lý lượng tử và giải Nobel Vật lý, có thể nói với mọi người. Ở mỗi góc độ quan sát khác nhau, mỗi người sẽ thu về một thực tại lượng tử khác nhau dành riêng cho bản thân mình. Bởi theo nhãn quan lượng tử, sự thật mang tính chủ quan, như chia sẻ của Heisenberg “Chúng ta cần nhớ rằng, cái mà chúng ta quan sát được không phải là chính bản thân tự nhiên mà là tự nhiên được phô bày trước phương pháp truy vấn của chính chúng ta”. Tuy nhiên, rõ ràng, câu chuyện lượng tử xuyên hầm, từ một hiện tượng ở thế giới vi mô đến việc được chứng thực ở thế giới vĩ mô, trong những thứ mà chúng ta có thể cầm nắm được, dường như đang nói lên rằng: có những chuyện tưởng chừng không thể sẽ trở thành có thể, trong những điều kiện nhất định. Nếu một vài hạt vượt qua khỏi những rào cản, thoát khỏi môi trường bị đóng kín chỉ là một hiện tượng nhỏ nhoi, đơn lẻ ở thang đo nhỏ, một hạt biến đổi thành một nguyên tố khác, thì vô số hạt của một hệ ở thang đo lớn, khi đã tạo thành một thể đồng nhất và hành xử đồng nhất, có thể làm nên chuyện lớn. Sức mạnh tập thể, trên một tập hợp đồng nhất, có thể làm thay đổi bối cảnh ở quy mô lớn hơn. Câu chuyện của cơ học lượng tử, hóa ra, rất gần với thế giới thực.
Tháng 8/2022, khi tới Trung tâm Vật lý lý thuyết Quốc tế ICTP giảng bài về “Quantum Dynamics: From Electrons to Qbits” (Động lực học lượng tử: Từ các electron đến bit lượng tử), giáo sư Đàm Thanh Sơn đã trả lời phỏng vấn Atish Dabholkar, Giám đốc ICTP, và TS. Marcello Dalmonte (bộ môn Vật chất ngưng tụ và vật lý thống kê ICTP). Trong cuộc trả lời phỏng vấn, anh kể lại cảm giác đầu tiên khi đến đây nhiều năm trước “Với chúng tôi, ICTP thực sự là thiên đường”. Khi được hỏi về vai trò của mình với quê hương Việt Nam, anh cho rằng, anh cố gắng tham gia tổ chức các hội thảo, seminar và “về cơ bản, vai trò của tôi là hỗ trợ, vì các nhà vật lý Việt Nam cũng đều có tầm nhìn của mình trong việc giải quyết những vấn đề mà Việt Nam gặp phải. Và tôi nghĩ, có vô số vấn đề với tài trợ, đánh giá khoa học. Đây đều là những vấn đề hoàn toàn phức tạp mà chỉ những người ở trong nước mới có thể giải quyết được”.
Và một lần nữa, các câu chuyện được gợi lên khiến chúng ta nhớ đến câu nói của Heisenberg, trong cuốn sách của mình, “Khi tìm kiếm sự hài hòa trong cuộc sống, người ta không bao giờ được quên rằng, trong tấn kịch sinh tồn, chúng ta vừa là diễn viên, vừa là khán giả”.□
——————————–
Chú thích
1. https://tiasang.com.vn/doi-moi-sang-tao/2025-nam-quoc-te-ve-khcn-luong-tu/
2. Werner Heisenberg. “Vật lý và triết học: Cuộc cách mạng trong khoa học hiện đại”. NXB Tri thức. Phạm Văn Thiều và Trần Quốc Túy dịch. 2014
3. https://www.nature.com/articles/d41586-025-03194-2
Bài đăng Tia Sáng số 20/2025
