Sợi quang là xương sống của các mạng thông tin hiện đại, từ liên lạc tầm xa qua internet đến truyền thông tin tốc độ cao trong các trung tâm dữ liệu và sàn giao dịch chứng khoán, cáp quang đóng vai trò rất quan trọng trong thế giới toàn cầu hóa của chúng ta.

Tuy nhiên, mạng cáp quang không hoàn hảo về mặt cấu trúc và việc truyền thông tin có thể bị tổn hại khi xảy ra sự cố. Để giải quyết vấn đề này, các nhà vật lý tại Đại học Bath ở Anh đã phát triển một loại sợi quang mới được thiết kế để tăng cường độ bền của mạng. Điều này sẽ càng có ý nghĩa lớn đối với các mạng lượng tử trong tương lai.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo sợi quang có thể bảo vệ ánh sáng (môi trường truyền dữ liệu) bằng cách sử dụng toán học cấu trúc liên kết. Những loại sợi biến đổi này có thể dễ dàng mở rộng quy mô, nghĩa là cấu trúc của mỗi sợi có thể được bảo toàn qua hàng nghìn km.

Ở dạng đơn giản nhất, sợi quang thường có đường kính 125 µm (tương tự như một sợi tóc dày) bao gồm một lõi thủy tinh rắn được bao quanh bởi lớp vỏ bọc. Ánh sáng truyền qua lõi, nơi nó dội lại như thể phản chiếu từ một tấm gương. Tuy nhiên, đường đi của một sợi quang qua các loại địa hình hiếm khi thẳng và không bị xoắn. Sự biến dạng sợi quang có thể khiến thông tin bị suy giảm khi nó di chuyển giữa bên gửi và bên nhận. Nghiên cứu sinh Tiến sĩ Vật lý Nathan Roberts, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Thách thức là xây dựng một mạng lưới có tính đến sự mạnh mẽ.

Để thiết kế sợi quang mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng cấu trúc liên kết, là nghiên cứu toán học về các đại lượng không thay đổi mặc dù hình học bị biến dạng liên tục. Các nguyên tắc của nó đã được áp dụng cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu vật lý. Bằng cách kết nối các hiện tượng vật lý với các con số không thay đổi, có thể tránh được các tác động phá hoại của môi trường hỗn loạn.

Sợi quang do nhóm nghiên cứu thiết kế triển khai các ý tưởng tô pô bằng cách bao gồm một số lõi dẫn ánh sáng trong một sợi quang, được liên kết với nhau theo hình xoắn ốc. Ánh sáng có thể truyền giữa các lõi này nhưng bị giữ lại bên trong rìa nhờ thiết kế cấu trúc liên kết.

Mạng lượng tử được kỳ vọng rộng rãi sẽ đóng một vai trò công nghệ quan trọng trong những năm tới. Các công nghệ lượng tử có khả năng lưu trữ và xử lý thông tin theo những cách mạnh mẽ hơn so với các máy tính “cổ điển” ngày nay, cũng như gửi tin nhắn một cách an toàn trên các mạng toàn cầu mà không có bất kỳ cơ hội nghe lén nào.

Nhưng các trạng thái lượng tử của ánh sáng truyền thông tin dễ bị tác động bởi môi trường xung quanh và việc tìm ra cách bảo vệ chúng là một thách thức lớn. Kết quả nghiên cứu này có thể là một bước hướng tới việc duy trì thông tin lượng tử trong sợi quang bằng cách sử dụng thiết kế cấu trúc liên kết. Chi tiết tham khảo tại:

Nathan Roberts, Guido Baardink, Josh Nunn, Peter J. Mosley, Anton Souslov. Topological supermodes in photonic crystal fiber. Science Advances, 2022; 8 (51) DOI: 10.1126/sciadv.add3522

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: info@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn