Lưu trữ ánh sáng luôn là một thách thức lớn trong lĩnh vực khoa học. Các photon (hạt cơ bản của ánh sáng) di chuyển với tốc độ cực cao, khiến chúng rất khó kiểm soát và lưu trữ. Hơn nữa, công nghệ hiện nay chưa cho phép lưu trữ trực tiếp photon trong thời gian dài. Trước đây, các nhà khoa học đã tìm nhiều cách để giải quyết vấn đề này, nhưng những phương pháp cũ chủ yếu dựa trên các vật liệu như nhôm và silicon nitride, vốn có nhiều hạn chế.
Nhóm nghiên cứu tại BAQIS đã tìm ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới: thay vì cố gắng giữ lại các photon, họ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu âm thanh. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một vật liệu đặc biệt – màng cacbua silic đơn tinh thể. Khi ánh sáng đi qua màng này, các thông tin về biên độ, tần số và các đặc tính khác của photon được chuyển đổi thành rung động cơ học với tần số thấp hơn nhiều. Những tín hiệu âm thanh này có thể được lưu trữ và xử lý dễ dàng hơn, giúp kéo dài thời gian lưu trữ quang học lên mức chưa từng có.
Tiefu Li, một nhà nghiên cứu của dự án, so sánh phương pháp này như việc “chặt ánh sáng” thành những rung động âm thanh có thể kiểm soát được. Đây là một bước tiến quan trọng, bởi trước đây các vật liệu như nhôm hoặc silicon nitride không thể duy trì rung động trong thời gian dài, thường chỉ kéo dài một phần giây. Ngược lại, cacbua silic đơn tinh thể có khả năng ổn định tần số vượt trội và tổn thất nội tại cực thấp, cho phép kéo dài thời gian lưu trữ lên đến hơn một giờ. Ngoài ra, vật liệu này hoạt động tốt ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cực thấp, nhờ khả năng dẫn nhiệt cao và kiểm soát quá trình gia nhiệt hiệu quả.
Ứng dụng của công nghệ này không chỉ dừng lại ở việc cải thiện khả năng lưu trữ quang học mà còn có tiềm năng thay đổi ngành điện toán lượng tử. Máy tính lượng tử hoạt động dựa trên các nguyên tắc của cơ học lượng tử, có thể xử lý thông tin với tốc độ vượt trội so với máy tính truyền thống. Một trong những thách thức lớn của điện toán lượng tử là làm sao để lưu trữ và truyền tải thông tin lượng tử một cách hiệu quả, mà không làm mất tính gắn kết lượng tử của các hạt. Việc kéo dài thời gian lưu trữ ánh sáng có thể giúp các nhà khoa học tạo ra bộ nhớ lượng tử hiệu suất cao, giúp cải thiện đáng kể khả năng xử lý và trao đổi thông tin trong các hệ thống lượng tử.
Các nhà nghiên cứu tại BAQIS hiện đang tập trung vào việc cải thiện hơn nữa công nghệ này bằng cách kéo dài thời gian lưu trữ, tăng mật độ lưu trữ dữ liệu và nâng cao khả năng tương thích với các hệ thống điện toán lượng tử khác. Họ tin rằng việc kiểm soát và giảm thiểu nhiệt lượng phát sinh từ các thiết bị lượng tử sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của các hệ thống này.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature Communications và đang thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng khoa học. Thành tựu này không chỉ giúp giải quyết một trong những vấn đề hóc búa nhất của quang học và điện toán lượng tử mà còn có thể mở đường cho những ứng dụng mang tính cách mạng trong tương lai, từ truyền thông lượng tử cho đến các hệ thống lưu trữ dữ liệu thế hệ mới.
Việc phá vỡ rào cản lưu trữ ánh sáng là minh chứng cho sự sáng tạo và tiến bộ không ngừng của khoa học. Nó cũng cho thấy rằng, với những cách tiếp cận đổi mới, nhân loại có thể chinh phục những giới hạn tưởng chừng bất khả thi, từ đó đưa công nghệ lên một tầm cao mới.
