Lập trình ánh sáng trên chip

Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) thuộc trường Đại học Harvard đã thiết lập được một nền tảng quang tử tích hợp mới có thể lưu trữ ánh sáng và điều khiển bằng điện tần số (hoặc màu sắc) của ánh sáng trong một mạch tích hợp. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics.

Nền tảng này lấy cảm hứng từ các hệ thống nguyên tử và sẽ có rất nhiều ứng dụng bao gồm xử lý thông tin quang lượng tử, xử lý tín hiệu quang và quang tử vi sóng (microwave photonics).

"Đây là lần đầu tiên vi sóng được sử dụng để làm thay đổi tần số ánh sáng theo cách lập trình trên chip", Mian Zhang, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về vật lý ứng dụng tại SEAS và là đồng tác giả nghiên cứu nói. "Nhiều ứng dụng quang lượng tử và quang học truyền thống đòi hỏi phải dịch chuyển tần số quang, đây là điều rất khó khăn. Chúng tôi đã chứng minh không chỉ thay đổi được tần số một cách có kiểm soát mà còn khai thác khả năng mới này để lưu trữ và thu ánh sáng theo yêu cầu, điều mà trước đây không thể thực hiện".

Tín hiệu vi sóng có ở khắp nơi trong truyền thông không dây, nhưng các nhà nghiên cứu nghĩ rằng chúng tương tác quá yếu với photon. Đó là trước khi các nhà nghiên cứu tại SEAS phát triển được kỹ thuật chế tạo các vi cấu trúc quang học hiệu suất cao bằng cách sử dụng lithium niobate, vật liệu tính chất quang điện mạnh mẽ.

Trước đây, nhóm nghiên cứu đã chứng minh có thể truyền ánh sáng thông qua các đường sóng nano lithium niobate với rất ít tổn thất và kiểm soát cường độ ánh sáng bằng các bộ điều biến lithium niobate trên chip. Trong nghiên cứu mới, họ đã kết hợp và phát triển thêm công nghệ này để xây dựng một hệ thống giống như phân tử và sử dụng nền tảng mới để kiểm soát chính xác tần số và pha ánh sáng trên chip.

Cheng Wang, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Các tính chất độc đáo của lithium niobate với mức độ suy giảm quang học thấp và tính phi tuyến quang điện mạnh, giúp chúng ta kiểm soát ánh sáng trong một hệ thống điện quang có thể lập trình. Điều này có thể dẫn đến việc chế tạo các bộ lọc lập trình để xử lý tín hiệu quang và vi sóng với triển vọng ứng dụng trong thiên văn vô tuyến, công nghệ radar…”.

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu phát triển các đường sóng quang ít tổn thất và mạch vi sóng bằng các sử dụng cùng một cấu trúc để mang lại hiệu suất thậm chí cao hơn và cuối cùng thiết lập được liên kết lượng tử giữa vi sóng và các photon quang học.

N.T.T (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190108150825.htm, 8/1/2019

Nguồn tin: NASATI