Máy tính chạy với tốc độ ánh sáng sắp ra đời

Lần đầu tiên, các nhà vật lý đã thiết kế thành công loại chip "siêu vật liệu" - loại vật liệu có những đặc tính không thể tìm thấy trong tự nhiên, với chỉ số khúc xạ bằng 0, mở đường cho việc thiết kế những chiếc máy tính chạy bằng ánh sáng có khả năng truyền tải thông tin với tốc độ cực nhanh.

Phát minh loại vật liệu có chỉ số khúc xạ bằng 0

Ánh sáng là thứ nhanh nhất có thể được sử dụng để truyền tải thông tin, nhưng nếu con người muốn thay thế những chiếc máy tính điện tử hiện tại bằng những chiếc máy tính chạy bằng ánh sáng, chúng ta sẽ phải giải quyết một vấn đề cơ bản. Khi thông tin được gửi đến máy tính hoặc router của bạn dưới hình thức một photon (hay hạt ánh sáng), nó phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện trước khi được xử lý. Việc làm này khiến tốc độ truyền tải thông tin giảm đi rất nhiều.

Những chiếc máy tính điện tử hiện đã đạt đến giới hạn, vì vậy các nhà khoa học trên thế giới đang cố gắng tìm hiểu làm thế nào để thiết kế những chiếc máy tính chạy bằng ánh sáng. Và một nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Harvard, Mỹ, đã đạt được một bước tiến lớn trong việc thực hiện mục tiêu này với việc phát minh ra một loại “siêu vật liệu” mới có chỉ số khúc xạ bằng 0, cho phép chúng ta tiến hành những thao tác đặc biệt đối với ánh sáng trên chip máy tính.

"Siêu vật liệu này cho phép chúng ta điều khiển ánh sáng từ con chip này sang con chip khác, bạn có thể nén, uốn cong, xoắn và giảm đường kính của chùm sáng từ kích thước lớn thành kích thước nano, điều mà trước đây chúng ta chưa từng làm được. Đây là một bước đột phá trong điều khiển ánh sáng", trưởng nhóm nghiên cứu, nhà vật lý học Eric Mazur cho biết.

Hình ảnh siêu vật liệu có chỉ số khúc xạ bằng 0.

Được làm từ các trụ silicon gắn với một lưới polymer và bao bọc bởi một lớp phim bằng vàng, loại vật liệu mới này có chỉ số khúc xạ bằng 0, cho phép các hạt ánh sáng đi qua với tốc độ "cực nhanh" mà không vi phạm các quy luật vật lý, nhóm phát triển loại vật liệu này cho biết.

Chúng ta đều biết tốc độ ánh sáng là 299.792.458 mét/ giây. Tốc độ mà ánh sáng truyền đi cũng được đo bằng tốc độ dịch chuyển giữa các đỉnh sóng khi ánh sáng đi qua một vật liệu – hay vận tốc pha. Điều này cho thấy mức độ hội tụ hay kéo dài của các bước sóng ánh sáng trên vật liệu mà nó đi qua có ảnh hưởng đến tốc độ truyền sáng.

Ví dụ, khi ánh sáng truyền qua nước, vận tốc pha của nó giảm đi do các bước sóng ánh sáng hội tụ lại vì nước đậm đặc hơn không khí. Khi ánh sáng thoát ra khỏi mặt nước, vận tốc pha tăng do bước sóng ánh sáng dài hơn.

Mức độ chậm lại của sóng ánh sáng khi nó di chuyển trên một chất liệu nhất định được thể hiện thông qua chỉ số khúc xạ. Nếu một loại vật liệu có khả năng cản trở tốc độ truyền đi giữa các đỉnh sóng thì chỉ số khúc xạ của loại vật liệu này sẽ cao. Vì nước không gây cản trở nhiều đến tốc độ truyền sóng nên chỉ số khúc xạ của nó là khá thấp, chỉ khoảng 1,3.

Vậy điều gì xảy ra khi chúng ta tìm ra loại vật liệu có chỉ số khúc xạ bằng 0? Khi ánh sáng đi qua nó, các đỉnh và đáy kéo dài vô hạn để tạo ra một đường bằng phẳng và bước sóng phẳng cho phép ánh sáng dễ dàng truyền đi mà không bị mất năng lượng. Các tiềm năng công nghiệp của loại vật liệu này từ viễn thông đến máy tính lượng tử - là gần như vô hạn.

Có thể phải mất một thời gian nữa để đạt được kết quả như mong đợi nhưng những chiếc máy tính chạy với tốc độ ánh sáng sắp ra đời, đồng nghĩa với việc chúng ta sắp được sở hữu những máy tính và điện thoại thông minh chạy với tốc độ nhanh gấp hàng triệu lần so với hiện tại.