Các nhà nghiên cứu đã có các bước đi đột phá trong việc điều khiển tia laser tầng lượng tử terahertz, nhằm có thể dịch chuyển một lượng lớn dữ liệu với tốc độ 100 gigabit/giây – gấp 1000 lần mạng 100 megabit thông thường.
Vậy loại tia laser này có gì đặc biệt so với các loại tia khác? Nó có thể truyền ánh sáng trong tầm terahertz của dải điện từ, vốn được áp dụng trong ngành quang phổ, hỗ trợ việc phân tích hóa học.
Tia laser có thể truyền ánh sáng trong tầm terahertz của dải điện từ.
Tia laser này cũng có thể cung cấp các đường nối không dây nhảy cóc siêu nhanh với các trường hợp có lượng dữ liệu lớn như các bệnh viện hay khu vực nghiên cứu của các đại học, bên cạnh đó nó còn được ứng dụng trong công nghệ liên lạc sử dụng vệ tinh. Để có thể gửi dữ liệu ở tốc độ cao đến vậy, các tia laser cần được truyền theo nhịp rất nhanh – bằng cách liên tục bật tắt khoảng 100 tỉ lần mỗi giây.
Một đội nghiên cứu ở đại học Leeds và Nottingham tin rằng họ có thể truyền được theo nhịp như vậy bằng cách sử dụng sóng âm thanh và ánh sáng, và đã công bố kết quả của mình hôm 11 tháng 2 trên Nature Communications.
John Cunningham, giáo sư ngành điện tử nano tại Leeds nói rằng: “Đây là một nghiên cứu rất hấp dẫn. Tại thời điểm hiện tại, hệ thống đảm nhiệm cho việc tạo nhịp tia laser tầng lượng tử đang sử dụng điện – nhưng nó có nhiều nhược điểm.
“Các thiết bị điện tử cho việc quản lý nhịp truyền của nó thường không hiệu quả, gây cản trở trong quá trình chuyển giao. Thay vào đó, phương pháp mới của chúng tôi đang phát triển sẽ chỉ dựa vào chủ yếu vào sóng âm thanh“.
Loại tia này có hiệu năng rất cao. Khi một electron đi qua một thấu kính cho tia đó, nó đi qua các giếng lượng tử – nơi mà mức năng lượng của electron giảm, đồng thời phát ra một nhịp sáng.
Phương pháp mới của chúng tôi đang phát triển sẽ chỉ dựa vào chủ yếu vào sóng âm thanh.
Một electron có khả năng phát ra nhiều photon, các nhà khoa học điều khiển chính quá trình này để có thể đạt kết quả mong muốn. Thay vì sử dụng các thiết bị điện tử ngoài, đội nghiên cứu tại đại học Leeds và Nottingham sử dụng sóng âm thanh để làm rung các giếng lượng tử bên trong các tia laser này.
Sóng âm thanh được tạo ra bởi chấn động của một nhịp laser khác lên một tấm phim bằng nhôm. Nhờ đó mà tấm phim này sẽ nở rộng và thu hẹp, đưa ra những sóng cơ học xuyên suốt tia laser tầng lượng tử.
Tony Kent, giáo sư vật lý tại Nottingham nói rằng: “Điều chúng tôi làm là sử dụng sóng âm thanh để có thể lắc các trạng thái điện từ bên trong tia laser tầng lượng tử. Chúng tôi thấy rằng ánh sáng terahertz ở đầu ra đã bị thay đổi bởi lớp sóng này“.
Các nhà nghiên cứu dùng sóng âm thanh để làm rung các giếng lượng tử bên trong các tia laser này.
Ông cũng thêm rằng: “Chúng tôi chưa đạt được tới mức có thể ngừng và bắt đầu dòng dịch chuyển một cách hoàn toàn, nhưng chúng tôi có thể thay đổi đầu ra của ánh sáng theo một vài phần trăm. Tôi tin rằng chỉ cần một vài sự tinh chỉnh, chúng tôi có thể phát triển được cơ chế cho việc điều khiển hoàn toàn sự phóng photon từ tia laser, và có thể tích hợp cấu trúc phát sóng với tia laser terahertz để không cần phụ thuộc vào một nguồn âm thanh bên ngoài“.
“Điều này sẽ mở ra cho chúng ta một trường khoa học vật lý và kỹ thuật mới trong việc phát huy và khám phá khả năng tương tác với âm thanh terahertz và sóng ánh sáng nhằm trợ giúp con người trong nhiều lĩnh vực khác nhau“.