Bắt giữ, chế ngự và điều khiển ánh sáng

Quy trình bắt giữ và giải phóng ánh sáng.

Người ta có thể điều khiển ánh sáng bằng nhiều cách, nhưng lâu nay vẫn chưa ai đồng thời lưu giữ, chế ngự và giải phóng nó nguyên vẹn theo đúng ý muốn. Nay, các nhà khoa học Mỹ đã đạt được thành tựu này. Kỹ thuật mới có thể mở ra nhiều hướng phát triển cho ngành CNTT.

Kỳ công này được thực hiện bởi hai nhóm khoa học của Ron Walsworth, Trung tâm Vật lý thiên văn Havard-Smithson và của Lene Hau, Khoa Vật lý thuộc ĐH Harvard. Nhóm của Walsworth sử dụng hỗn hợp nguyên tử rubidium (Rb) ở nhiệt độ cao để làm ngưng chùm laser; còn nhóm của Haus sử dụng khí natri siêu lạnh để đạt kết quả tương tự.

Hạt cơ bản của ánh sáng là photon, không có khối lượng. Và đó chính là nguyên nhân vì sao ánh sáng có thể đi với tốc độ cực nhanh. Để chặn nó lại, các nhà khoa học đã tìm ra kỹ thuật "đè nặng các photon". Kỹ thuật này cần có hai laser, đó là laser điều chỉnh (control laser) và laser tính hiệu (signal laser). Trong kỹ thuật này, laser tín hiệu chính là chùm laser cần được bắt giữ.

Ban đầu, dùng một chùm laser điều chỉnh, các nhà khoa học đã làm thay đổi vòng quay (spin, hay trục quay) của các nguyên tử khí rubidium trong một ngăn thủy tinh (glass cell). Sau đó, họ đưa chùm laser tín hiệu vào ngăn thủy tinh. Khi đã đi vào môi trường của các nguyên tử rubidium, các photon của chùm laser và các nguyên tử Rb tương tác với nhau rất mạnh, khiến vận tốc của các photon chậm lại. Các nhà khoa học gọi hệ thống nguyên tử-photon này là pelariton. Cuối cùng, họ làm giảm cường độ của laser tín hiệu tới lúc toàn bộ xung sáng phóng đi nằm nguyên vẹn trong ngăn thủy tinh. 

Việc lấy chùm laser được lưu giữ ra để sử dụng khá đơn giản. Người ta chỉ cần dùng một tia laser điều chỉnh ngược lại với quy trình trên. "Sắp tới, kỹ thuật này có thể giúp lưu giữ thông tin ở cấp lượng tử", Walsworth nói. "Giả sử bạn mã hóa thông tin vào các nguyên tử, bạn có thể chuyển đổi thông tin này thành ánh sáng, rồi truyền nó đến một nhóm nguyên tử khác, rồi giải ngược lại thông tin ở đây". Đó chính là kỹ thuật truyền thông lượng tử (quantum communication).

Minh Hy (theo Cosmiverse)