Trong phòng thí nghiệm của Đại học Stuttgart, những nguyên tử vốn không lớn hơn hạt bụi trong trạng thái thông thường bỗng trở thành những gã khổng lồ. Quỹ đạo electron của chúng đạt đường kính 1,1 micromet — lớn hơn mười nghìn lần so với nguyên tử thông thường. Chính những nguyên tử Rydberg «phồng lên» như vậy đã cho phép các nhà vật lý đồng thời phá ba kỷ lục thế giới.
Chìa khóa thành công là việc chuyển sang các trạng thái Rydberg tròn ở nhiệt độ phòng. Trước đây, để bảo vệ khỏi bức xạ nhiệt, cần phải làm lạnh bằng heli lỏng. Nhóm do giáo sư Tilman Pfau và tiến sĩ Florian Meinert dẫn dắt đã che chắn các nguyên tử khỏi bức xạ vật đen và đạt được thời gian sống 11 mili giây — dài hơn hai mươi lần so với các kết quả trước đó. Đồng thời, họ ghi nhận thời gian lưu giữ kỷ lục trong nhíp quang học — 133 mili giây.
Các nguyên tử Rydberg tương tác ở khoảng cách năm micromet — một khoảng cách khổng lồ theo thước đo nguyên tử. Điều này cho phép sắp xếp chúng thành những mảng có trật tự và kiểm soát chính xác tương tác, vốn rất quan trọng đối với các máy mô phỏng lượng tử. Các nguyên tử trung hòa trong nhíp quang học đã được coi là một trong những nền tảng triển vọng nhất cho các thiết bị lượng tử có khả năng mở rộng.
Thành tựu này không chỉ quan trọng đối với khoa học cơ bản. Thời gian lưu giữ thông tin lượng tử lâu dài làm giảm xác suất sai sót khi tính toán, còn việc hoạt động ở nhiệt độ phòng loại bỏ rào cản chính trên con đường ứng dụng thực tiễn. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng phương pháp của họ dựa trên một ý tưởng vật lý từ những năm 1980, nhưng đã được điều chỉnh cho phù hợp với các nền tảng lượng tử hiện đại.
Trong những năm tới, nhóm dự định tạo ra trên cơ sở này những máy mô phỏng lượng tử, máy tính và cảm biến độ chính xác cao mạnh mẽ hơn. Công bố trên Nature Communications khẳng định: ba kỷ lục không phải là sự ngẫu nhiên, mà là một đột phá mang tính hệ thống, đưa kỷ nguyên của các công nghệ lượng tử đáng tin cậy đến gần hơn.
