Một nhóm nhà khoa học Trung Quốc vừa tạo dấu ấn lớn trong lĩnh vực đo thời gian chính xác, khi lần đầu tiên phát triển thành công chuẩn tần số quang học kép từ một tập hợp nguyên tử duy nhất – mở ra một chương mới cho thế hệ đồng hồ nguyên tử hiện đại.
Công trình mang tính đột phá này là kết quả hợp tác giữa Giáo sư Trần Kinh Biểu và Nghiên cứu viên Phan Đa của Đại học Bắc Kinh, cùng với Nghiên cứu viên Du Đức Thủy từ Trung tâm Dịch vụ Thời gian Quốc gia – Viện Khoa học Trung Quốc. Nghiên cứu vừa được công bố trên Photonics Research (Tập 13, Số 3, năm 2025).
Một bước nhảy lượng tử trong đo lường thời gian
Trái với đồng hồ nguyên tử truyền thống – vốn chỉ khai thác một bước chuyển năng lượng tại một thời điểm – nhóm nghiên cứu đã ứng dụng thành công phương pháp phổ truyền điều biến chuyển đổi quang học kép (viết tắt DOT-MTS). Công nghệ này cho phép hai chuẩn tần số quang học cùng vận hành trong một hệ nguyên tử duy nhất, nhờ khả năng truyền tín hiệu điều biến từ tia laser 780 nm tới hai bước sóng 780 nm và 795 nm một cách đồng thời và chính xác.
Kết quả là, hai đồng hồ quang học với độ ổn định cao có thể hoạt động song song, tối ưu hóa khai thác các tài nguyên lượng tử vốn có của hệ nguyên tử – một thành tựu chưa từng có trong lĩnh vực đo lường tần số.
Hơn 70 năm – từ vi ba đến quang học
Ra đời từ năm 1949, đồng hồ nguyên tử đã trải qua hơn bảy thập kỷ phát triển, từng bước thay thế các chuẩn đo thời gian cổ điển để trở thành nền tảng cho các công nghệ hiện đại như hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hay đo lường chính xác trong vật lý cơ bản.
Chuyển đổi từ tần số vi ba sang tần số quang học trong thập niên gần đây đã giúp nâng độ chính xác của đồng hồ nguyên tử lên một tầm cao mới. Và giờ đây, chuẩn tần số quang học kép mà các nhà khoa học Trung Quốc phát triển được xem là bước tiến tiếp theo đầy tiềm năng.
Từ rubidi đến iốt – hướng tới chuẩn đa bước sóng
Không dừng lại ở đó, nhóm nghiên cứu còn kỳ vọng sẽ mở rộng kỹ thuật DOT-MTS sang các hệ phân tử phức tạp hơn, như phân tử iốt – vốn có phổ hấp thụ phong phú và đa dạng. Điều này mở ra khả năng xây dựng các chuẩn đa bước sóng trong tương lai, cho phép đo lường với độ chính xác chưa từng có.
Không chỉ là đồng hồ
Phát minh lần này không chỉ đặt nền móng cho thế hệ đồng hồ quang học mới mà còn có thể tác động sâu rộng tới các lĩnh vực liên quan đến đo chiều dài, quang phổ laser, cũng như các kỹ thuật đo lường lượng tử tiên tiến khác.
Với khả năng kết hợp nhiều chuẩn tần số trong một hệ nguyên tử duy nhất, công nghệ này đang mở ra hướng phát triển hoàn toàn mới – nơi giới hạn của thời gian không còn là rào cản cho những bước tiến công nghệ.
Theo Tạp chí Thông tin và Truyền thông
