Các nhà nghiên cứu lưu trữ thông tin ánh sáng hiệu quả nhờ màng silicon carbide đơn tinh thể. Ảnh: BAQIS
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Học viện Khoa học Thông tin Lượng tử Bắc Kinh (BAQIS) lập kỷ lục thế giới khi lưu trữ thông tin ánh sáng trong 4.035 giây, Xinhua hôm 5/3 đưa tin. Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí quốc tế Nature Communication.
"Lưu trữ ánh sáng luôn là một thách thức trên toàn cầu", chuyên gia Liu Yulong tại BAQIS, tác giả chính của nghiên cứu mới, cho biết. Liu giải thích rằng các photon - hạt ánh sáng - di chuyển với tốc độ cực cao nên gần như không thể bắt giữ và lưu trữ trực tiếp.
Để vượt qua thách thức này, nhóm nhà khoa học chuyển sang tín hiệu âm thanh, chậm hơn và dễ lưu trữ hơn nhiều. Điểm mấu chốt là tìm ra một môi trường có thể chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu âm thanh, nhờ đó "bẫy" ánh sáng một cách hiệu quả.
"Hãy hình dung photon như những quả bóng nhỏ di chuyển với tốc độ cao. Khi chúng va chạm với một lớp màng mỏng thì biên độ, tần số và những thông tin khác của ánh sáng được chuyển đổi thành tín hiệu âm thanh. Bằng cách lưu trữ các tín hiệu âm thanh này trong lớp màng, chúng tôi có thể lưu trữ ánh sáng", Li Tiefu, nhà nghiên cứu tại BAQIS, cho biết.
Những nỗ lực lưu trữ ánh sáng trước đây sử dụng một số vật liệu như nhôm kim loại và màng silicon nitride. Tuy nhiên, do tổn thất nội tại của vật liệu, các màng này chỉ có thể duy trì sự rung động trong thời gian rất ngắn, giới hạn việc lưu trữ thông tin ánh sáng ở mức chưa đầy 1 giây. Thách thức này thôi thúc nhóm BAQIS tìm kiếm những vật liệu mới với tính chất vượt trội hơn.
Sau khi thử nghiệm nhiều vật liệu như kim cương hay gallium nitride, nhóm nghiên cứu chuyển sang màng silicon carbide đơn tinh thể. Vật liệu này có cấu trúc bên trong rất cân đối, mang lại sự ổn định tần số cao và tổn thất nội tại tối thiểu. Những tính chất này cho phép nhóm nghiên cứu đạt được thời gian lưu trữ kỷ lục 4.035 giây, vượt xa các nỗ lực trước đó.
Một ưu điểm đáng chú ý của màng silicon carbide đơn tinh thể là khả năng duy trì hiệu suất tốt ngay cả ở nhiệt độ cực thấp. Điều này mang lại tiềm năng ứng dụng trong máy tính lượng tử, vốn thường hoạt động ở điều kiện lạnh sâu.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu tăng thêm thời gian lưu trữ của thiết bị, tăng mật độ thông tin và nâng cao khả năng tương thích với các công nghệ lượng tử khác. Những tiến bộ này sẽ cung cấp một nền tảng vật lý hiệu suất cao cho máy tính lượng tử và đặt nền móng vững chắc cho mạng thông tin lượng tử phát triển.
Thu Thảo (Theo Xinhua)
