Các nhà nghiên cứu tại Technische Universität Darmstadt tại Đức đã dừng ánh sáng đến 1 phút bên trong một tinh thể và lưu trữ thông tin số hóa vào nó. Công nghệ này đã phá vỡ kỷ lục trước đó và chứng tỏ những lợi thế rõ rệt trong việc phát triển máy tính quang học và lượng tử siêu nhanh, siêu hiệu suất của tương lai.
“Chiếc công tắc” chuyển đổi lượng tử ánh sáng
Công nghệ hiện nay vẫn sử dụng vi xử lý và thiết bị lưu trữ trên nền tảng bán dẫn để tính toán và lưu trữ dữ liệu điện tử. Tuy nhiên, với xu hướng dữ liệu truyền dẫn theo cơ chế quang học (ví dụ như là qua cáp quang) đang dần tăng cao, thì việc chuyển đổi sang chế độ quang học toàn phần (toàn bộ linh kiện) đang dần dần hiện hữu và trở lên có tiềm năng, hấp dẫn hơn bao giờ hết.
Về mặt lý thuyết, Photon (quang tử) khó tương tác và điều khiển hơn hạt electrons (điện tử) rất nhiều. Tuy nhiên, nếu trở ngại này được làm sáng tỏ và giải quyết, thì việc chuyển đổi từ hệ sinh thái điện tử sang hệ sinh thái quang tử sẽ đem lại rất nhiều những lợi ích quan trọng.
Các linh kiện điện tử thường tỏa nhiệt – tổn thất một lượng năng lượng lớn, trong khi linh kiện quang tử thì lại tổn thất rất ít. Thiết bị lưu trữ và điện toán quang học cũng có khả năng chống ảnh hưởng của phóng xạ, băng thông truyền dẫn lớn hơn và cho phép điều khiển từng quang tử (photon) trong một thời điểm. Nói một cách dễ hiểu là cho hiệu suất làm việc tốt hơn trên từng đơn vị năng lượng rất nhỏ tiêu thụ.
George Heinze, một thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: Mặc dù thiết bị lưu trữ dữ liệu truyền thống hiện nay đã cung cấp một tốc độ đọc/ghi rất nhanh, nhưng thiết bị quang học còn có tiềm năng nhanh hơn nhiều. Lý do là bởi khi mọi quá trình đều được thực hiện trong cơ chế quang học thi sẽ không cần thiết phải chuyển đổi từ xung quang học thành tín hiệu điện tử hay ngược lại như hiện nay nữa.
Điểm dừng của ánh sáng
Để lưu trữ dữ liệu trong một thiết bị quang tử, các nhà nghiên cứu sử dụng một công nghệ có tên electromagnetically induced transparency (EIT– tạm dịch: kính trong suốt kích thích điện từ). EIT bao gồm việc bắt một tia laser “chùm điều khiển” vào một tinh thể chứa ions của nguyên tố praseodymium. Tia laser sẽ kích hoạt một phản ứng lượng tử bên trong tinh thể tạo ra hai hiệu ứng tương đương. Đầu tiên, phản ứng này sẽ làm cho tinh thể đục (ở trạng thái bình thường) trở nên trong suốt trên một quang phổ hẹp. Sau đó, nó sẽ thay đổi một cách đáng kể chỉ số khúc xạ của tinh thể, làm chậm xung ánh sáng đi tới đến trạng thái dừng hoàn toàn.
Tại thời điểm này, các nhà nghiên cứu sẽ bắn thêm một chùm laser (chứa thông tin cần được lưu trữ) vào tinh thể. Vào chính khoảnh khắc khi chùm laser chứa thông tin đi qua tinh thể đang-tạm-thời trong suốt, chùm điều khiển sẽ được tắt đi, bẫy ánh sáng và thông tin vào bên trong tinh thể (nay đã đục). Các quang tử (photons) sẽ được chuyển hóa thành các kích thích xoay nguyên tử ( hoặc “spin waves”- sóng quay). Các sóng quay này có thể được lưu trữ trong tinh thể cho đến khi chùm điều khiển được bắn lại. Khi đó chúng lại chuyển hóa thành ánh sáng và thoát ra khỏi tinh thể.
Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật này trong nhiều thí nghiệm trước đó, nhưng họ chỉ có thể lưu trữ dữ liệu trong thời gian rất ngắn, tầm một phần vài triệu giây. Lý do là bởi các sóng quay rất nhạy cảm, phụ thuộc vào biến động năng lượng nên có thể dễ dàng bị hư dữ liệu mà chúng mã hóa.
Nhóm nghiên cứu từ TU Darmstadt đã phát hiện ra một phương pháp để kéo dài thời gian lưu trữ một cách đáng kể. Họ phát triển một thuật toán để cảm nhận “noise” (nhiễu) và đặt tinh thể vào một từ trường với xung cao tần. Từ trường này sẽ giữ cho các sóng xoay luôn ở trạng thái như trạng thái ban đầu, qua đó giữ cho thông tin được bảo toàn trong thời gian lâu nhất có thể (ở đây là lên đến một phút).
Nhóm nghiên cứu đã tập trung chủ yếu vào thời gian lưu trữ thay vì tốc độ truyền tải. Và bằng việc lưu trữ dữ liệu dạng hình ảnh, thí nghiệm đã cho thấy hoàn toàn có thể nâng cao dung lượng lưu trữ của bộ nhớ nói chung. Đây cũng là đặc tính quan trọng để ghép các bộ nhớ lượng tử về mặt không gian.
Dựa trên kết quả này, nhóm nghiên cứu cũng đang cố gắng thử nghiệm lưu trữ ánh sáng trong một quãng thời gian dài hơn nữa ( khoảng 1 tuần ). Phương pháp mà họ thử nghiệm hứa hẹn sẽ có hiệu suất năng lượng tốt hơn, cũng như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao hơn nữa. Dẫu sao thì cũng cần một vài năm nữa để công nghệ này có thể ra mắt trong các sản phẩm thương mại và hàng thập kỷ nữa là thiết bị quang tử trở thành tiêu chuẩn trong thiết bị gia dụng, như lời của Heinze.
Nghiên cứu này đã được giới thiệu trên tạp chí Physical Review Letters.
Người dich: Trungmaster, theo Gizmag
Link luận văn:
Georg Heinze, Christian Hubrich, and Thomas Halfmann,Stopped Light and Image Storage by Electromagnetically Induced Transparency up to the Regime of One Minute,Phys. Rev. Lett.111, 033601 (2013)
Em thấy vụ dùng từ trường này giống như hồi bé chơi quay và “nuôi” quay ấy ạ. Nếu có thể tìm được thời điểm, lực và phương lực tối ưu để đặt vào con quay thì nó sẽ xoay mãi mãi. Để làm được điều này chắc cũng phải trên dưới chục năm nữa ạ.
Không biết bao h mới lưu đc mãi mãi như CD hay DVD nhỉ!