Màng trống lượng tử – Tổ hợp nano truyền âm siêu chính xác mở đường cho cảm biến lượng tử

1. Một “trống” nhỏ hơn sợi tóc – nhưng rung chính xác đến từng photon

Vào đầu tháng 7/2025, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ California (Caltech) công bố chế tạo thành công màng trống lượng tử (quantum drumhead) mỏng đến cấp độ nanomet, có khả năng dao động với tỷ lệ mất mát năng lượng cực thấp, chỉ 1 phần triệu. Đây là một bước đột phá về truyền âm lượng tử – nơi âm thanh được lượng tử hóa và điều khiển như ánh sáng.

2. Quantum drumhead là gì?

Quantum drumhead là màng dao động cơ học siêu mỏng, được làm từ vật liệu nano như silicon nitride hoặc graphene, được cố định ở các mép như mặt trống.

Đặc điểm vượt trội:

+ Dao động ở tần số cơ học siêu nhỏ (kHz–MHz)

+ Được làm lạnh đến trạng thái lượng tử nền (ground state)

+ Có thể tương tác với photon hoặc phonon để truyền tín hiệu chính xác

+ Không suy hao năng lượng, giúp đo đạc chính xác đến cấp nguyên tử

3. Làm thế nào để tạo được màng trống lượng tử?

- Sử dụng vật liệu có ứng suất nội cao như silicon nitride để giảm ma sát.

- Khắc nano laser hoặc electron beam để định hình chính xác màng.

- Làm lạnh đến 10–20 mili-kelvin để loại bỏ nhiễu nhiệt.

- Ghép nối với cavity quang học hoặc mạch siêu dẫn để giao tiếp lượng tử.

4. Thách thức còn lại

Độ bền của màng khi hoạt động lâu dài.

Tương tác vật lý giữa photon và phonon trong mạch tích hợp.

Sản xuất hàng loạt mà vẫn giữ được độ tinh khiết lượng tử.

5. Tương lai: Công nghệ đo lường và truyền thông lượng tử thế hệ mới

Quantum drumhead có thể mở đường cho cảm biến lượng tử thế hệ mới, ứng dụng trong:

+ Y học (đo dao động sinh học cực nhỏ).

+ Hàng không – vũ trụ (truyền tín hiệu siêu xa).

+ Vật lý cơ bản (kiểm chứng định luật lượng tử mới).

Kết luận: Màng trống lượng tử không chỉ là một bước tiến về vật liệu nano, mà còn là nền tảng công nghệ then chốt cho tương lai lượng tử. Nếu như bóng bán dẫn là chìa khóa của thế kỷ 20, thì những màng dao động lượng tử như “trống nano” sẽ là nhịp đập chính xác cho thời đại lượng tử đang mở ra.

Nguồn: Nature Physics, Caltech, ScienceDaily.