Cách mới để truyền dữ liệu qua ánh sáng laser
PHẦN LAN – Phần lớn cuộc sống hiện đại phụ thuộc vào việc mã hoá thông tin thành phương tiện truyền tải. Một phương pháp phổ biến là mã hoá dữ liệu bằng ánh sáng laser và gửi qua cáp quang. Nhu cầu ngày càng tăng về dung lượng thông tin đòi hỏi chúng ta phải liên tục tìm ra những cách mã hoá tốt hơn.
Các nhà nghiên cứu tại Khoa Vật lý Ứng dụng của Đại học Aalto (Aalto University) đã tìm ra một cách mới để tạo ra những cơn bão ánh sáng nhỏ – được các nhà khoa học gọi là xoáy (vortices) – có thể mang thông tin. Phương pháp này dựa trên việc thao tác các hạt nano kim loại tương tác với một trường điện. Phương pháp thiết kế này, thuộc về một lớp hình học được gọi là giả tinh thể (1), là sáng kiến của Nhà nghiên cứu Tiến sĩ Kristian Arjas và được thực nghiệm bởi Nhà nghiên cứu Tiến sĩ Jani Taskinen, cả hai đều thuộc nhóm Động lực học Lượng tử của Giáo sư Päivi Törmä. Phát hiện này đại diện cho một bước tiến cơ bản trong vật lý và mang tiềm năng cho những cách hoàn toàn mới để truyền tải thông tin.
(1) Giả tinh thể (quasicrystal): là một dạng tồn tại khác biệt của chất rắn, trong đó các nguyên tử sắp xếp dường như đều đặn nhưng không có sự lặp lại.
Vừa trật tự vừa hỗn loạn
Trong trường hợp này, xoáy giống như một cơn bão xảy ra trong một chùm ánh sáng, trong đó một tâm điểm tĩnh lặng và tối tăm được bao quanh bởi một vòng sáng chói. Giống như mắt bão do gió xung quanh thổi theo các hướng khác nhau, mắt của xoáy do trường điện của ánh sáng chỉ theo các hướng khác nhau ở các phía của chùm sáng.
Nghiên cứu vật lý trước đây đã kết nối loại xoáy có thể xuất hiện với mức độ đối xứng trong cấu trúc tạo ra chúng. Ví dụ, nếu các hạt ở cấp độ nano được sắp xếp theo hình vuông, ánh sáng được tạo ra có một xoáy đơn; hình lục giác tạo ra xoáy đôi, v.v. Các xoáy phức tạp hơn yêu cầu ít nhất là hình bát giác.
Hiện tại, Tiến sĩ Kristian, Tiến sĩ Jani và nhóm nghiên cứu đã tìm ra phương pháp tạo ra các hình dạng hình học về mặt lý thuyết có thể hỗ trợ mọi loại xoáy.
Giáo sư Päivi nói rằng: “Nghiên cứu này tập trung vào mối quan hệ giữa tính đối xứng và tính quay của xoáy, tức là chúng ta có thể tạo ra các cặp xoáy và đối xứng tương ứng. Thiết kế giả tinh thể của chúng tôi nằm giữa trật tự và hỗn loạn”.
Rung động tốt
Trong nghiên cứu của mình, nhóm đã xử lý 100.000 hạt nano kim loại, mỗi hạt có kích thước gần bằng 1/100 sợi tóc người, để tạo ra thiết kế độc đáo của chúng. Chìa khóa nằm ở chỗ tìm ra nơi các hạt tương tác với trường điện mong muốn ít nhất thay vì nhiều nhất.
Tiến sĩ Jani nói rằng: “Một trường điện có các điểm nóng với độ rung cao và các điểm về cơ bản là chết. Chúng tôi đưa các hạt vào các điểm chết, giúp tắt mọi thứ khác và cho phép chúng tôi chọn trường có các đặc tính phù hợp nhất cho các ứng dụng”.
Về mặt lý thuyết, thiết kế giả tinh thể cho phép tạo ra các loại xoáy
Phát hiện này mở ra nhiều nghiên cứu trong tương lai trong lĩnh vực nghiên cứu topo (2) ánh sáng năng động. Nó cũng đại diện cho những bước đầu tiên cho một cách mạnh mẽ để truyền thông tin trong các lĩnh vực mà ánh sáng là cần thiết để gửi thông tin được mã hóa, bao gồm cả viễn thông.
(2) Topology: trong lĩnh vực mạng máy tính đề cập đến cấu trúc vật lý hoặc logic của một hệ thống mạng.
Tiến sĩ Kristian nói rằng: “Ví dụ, chúng ta có thể gửi các xoáy này xuống cáp quang và giải nén chúng tại điểm đến. Điều này sẽ cho phép chúng ta lưu trữ thông tin của mình vào một không gian nhỏ hơn nhiều và truyền nhiều thông tin hơn cùng một lúc. Một dự đoán lạc quan về lượng thông tin sẽ gấp 8 đến 16 lần lượng thông tin mà chúng ta hiện có thể truyền qua cáp quang”.
Các ứng dụng thực tế và khả năng mở rộng của thiết kế có thể mất nhiều năm nghiên cứu. Tuy nhiên, nhóm Quantum Dynamics tại đại học Aalto đang bận rộn với nghiên cứu về siêu dẫn (3) và cải thiện đèn LED hữu cơ.
(3) Siêu dẫn (superconductivity): là một hiện tượng vật lí xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường. Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử.
Nhóm đã sử dụng cơ sở hạ tầng nghiên cứu OtaNano cho các công nghệ nano, vi mô và lượng tử trong nghiên cứu của họ.
Để xem các tin bài khác về “Mã hoá”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
