Khi Liên Hợp Quốc tuyên bố năm 2025 là Năm Quốc tế về Khoa học và Công nghệ Lượng tử, đánh dấu 100 năm kể từ khi cơ học lượng tử ra đời, điều quan trọng là phải nhận ra tác động sâu sắc mà lĩnh vực này đã gây ra đối với công nghệ hiện đại. Cơ học lượng tử, mô tả hành vi của các thành phần nhỏ nhất của vũ trụ, đã vượt ra ngoài sự hiểu biết lý thuyết để đến với các ứng dụng hữu hình định hình cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Một trong những ứng dụng sớm nhất và có tác động lớn nhất của cơ học lượng tử là laser. Được phát triển vào giữa thế kỷ 20, laser khai thác nguyên tắc các electron chuyển đổi giữa các mức năng lượng bên trong nguyên tử để tạo ra các chùm ánh sáng tập trung, cường độ cao. Ngày nay, laser có mặt ở khắp mọi nơi, từ quét hàng tạp hóa tại quầy thanh toán đến thực hiện các thủ thuật phẫu thuật chính xác và cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao qua cáp quang.
Sự phát minh ra bóng bán dẫn vào năm 1947 đã cách mạng hóa ngành điện tử. Bóng bán dẫn, được cơ học lượng tử cho phép, kiểm soát các tín hiệu điện, tạo thành xương sống của máy tính, điện thoại thông minh và vô số thiết bị điện tử khác. Nếu không có cơ học lượng tử, máy tính vẫn sẽ chiếm toàn bộ các phòng.
Cơ học lượng tử cũng là nền tảng của Chụp cộng hưởng từ (MRI), một công cụ chẩn đoán y tế quan trọng. Máy MRI sử dụng thuộc tính lượng tử của spin hạt nhân để tạo ra hình ảnh chi tiết về các mô bên trong cơ thể, cung cấp một giải pháp thay thế không xâm lấn cho tia X đối với một số loại hình ảnh mô.
Điốt phát quang (LED), một công nghệ hỗ trợ lượng tử khác, đã biến đổi ánh sáng. Đèn LED tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với bóng đèn sợi đốt truyền thống vì chúng chuyển đổi điện trực tiếp thành ánh sáng với mức sinh nhiệt tối thiểu. Hiệu quả này bắt nguồn từ hành vi cơ học lượng tử của các electron di chuyển giữa các mức năng lượng trong chất bán dẫn.
Nhìn về phía trước, điện toán lượng tử có tiềm năng to lớn. Mặc dù vẫn còn ở giai đoạn đầu, với các công ty công nghệ lớn đầu tư mạnh vào sự phát triển của nó, điện toán lượng tử hứa hẹn sẽ giải quyết các vấn đề phức tạp mà máy tính cổ điển hiện không thể giải quyết được. Mặc dù máy tính lượng tử chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng chúng đại diện cho một lĩnh vực tiên phong có tiềm năng cách mạng hóa các lĩnh vực từ y học đến khoa học vật liệu.
Hiểu các nguyên tắc cơ bản của cơ học lượng tử mang đến một góc nhìn độc đáo và hấp dẫn về thế giới, tiết lộ bản chất kỳ lạ nhưng có tác động sâu sắc của thực tế ở cấp độ cơ bản nhất của nó.