Kiểm soát laser giúp dự trữ ánh sáng

Một phương pháp để lưu trữ và "lặp lại" xung ánh sáng đã được phát hiện bởi một nhóm nghiên cứu đến từ trường Đại học quốc gia Australia (ANU), cho phép ánh sáng tia laser hoạt động như một bộ nhớ quang học mềm dẻo và có khả năng hỗ trợ cho việc mở rộng phạm vi của các hệ thống thông tin lượng tử. Kết quả nghiên cứu này là một ứng dụng lý tưởng cho việc tạo ra các hạt tinh thể nano với độ đồng đều cao.

Những công nghệ như mật mã lượng tử đang được phát triển để gửi những thông tin bảo mật đã được mã hóa vào một chùm ánh sáng dựa trên các tính chất của vật lý lượng tử. Tuy nhiên, hiện nay các hệ thống này không thể kéo dài vượt quá khoảng cách 50 - 100 Km, bởi vì ngoài phạm vi đó, nhiều thông tin sẽ bị mất.

Nhưng nhóm nghiên cứu đến từ Trung tâm Quang học lượng tử - Nguyên tử ARC thuộc trường Đại học ANU đã chứng minh làm thế nào để những hạt photon có thể được sử dụng nhằm tạo ra một thiết bị bộ nhớ lượng tử, nghĩa là các xung ánh sáng có thể được giữ lại, lưu trữ và sau đó giải phóng theo nhu cầu. Như vậy, thiết bị sẽ là một phần quan trọng, có thể mở rộng phạm vi giao tiếp lượng tử an toàn.

Tiến sĩ Ben Buchler, thành viên nhóm nghiên cứu giải thích, ánh sáng có thể là phương tiện tuyệt vời để truyền tải thông tin một cách nhanh chóng, tuy nhiên lại không duy trì tại một vị trí nhất định. Đây là vấn đề của bộ nhớ quang học, làm thế nào để giữ cho các thông tin được mã hóa ở một nơi để bạn có thể truy cập lại sau. Phương pháp mà các nhà khoa học đã khám phá là để hấp thụ ánh sáng trong một đám mây nguyên tử, từ đó có thể giải phóng ánh sáng tùy theo ý thích.

Trong những thí nghiệm của mình, Phó Giáo sư Mahdi Hosseini cùng với nhóm nghiên cứu của mình tại ANU đã phát triển một phương pháp mới mà các xung ánh sáng laser được hấp thụ vào một đám mây nguyên tử bao quanh một cuộn dây điện. Các cuộn dây tạo ra một từ trường làm thay đổi tần số của các nguyên tử. sau khi hấp thụ những xung laser, tốc độ quay của tất cả các nguyên tử bắt đầu khác nhau, tùy thuộc vào tần số của nó. Nếu từ trường đảo ngược, các nguyên tử sẽ trực tiếp thay đổi và quay theo những hướng khác nhau. Khi quay trở lại trạng thái ban đầu, các nguyên tử này sẽ hấp thụ ánh sáng, và các xung laser được giải phóng.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Buchler nhấn mạnh, họ mong muốn còn có thêm những bước tiến xa hơn nữa. Họ có thể căng ra, nén hay chia nhỏ các xung khi họ có thêm những kiến thức cũng như hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động. Các nhà khoa học có thể nhớ lại thứ tự của các xung, giống như một bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên trong máy tính, có thể gợi nhớ lại những thông tin điện tử theo thứ tự bất kỳ. Để thực hiện tất cả những điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kết hợp thêm một chùm tia laser điều khiển thứ 2 để chuyển đổi từ trường, có lựa chọn chính xác và nhanh chóng khi gọi lại bất kỳ một trong những xung được lưu trữ.

Nghiên cứu này được đăng tải trên Tạp chí Thiên nhiên, đã đưa ra phương pháp để lưu trữ các xung laser với hiệu quả ban đầu đạt được lên tới 40%. Nghiên cứu này được thực hiện bởi Tiến sĩ Ben Buchler, Ben Sparkes, Gabriel Heter, Mahdi Hosseini cùng các nhà khoa học đến từ trường Đại học ANU và Đại học Otago.