Cường độ của ánh sáng cần thiết để đọc dữ liệu từ một đĩa quang có thể giảm đi đáng kể bằng cách sử dụng các photon vướng víu – đó là theo lời một nhà vật lí ở Anh quốc. Quan điểm trên, cho đến nay chưa được xác nhận bằng thực nghiệm, có thể cho phép lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trên các đĩa CD hoặc DVD và đưa đến những loại môi trường lưu trữ quang re-write mới.
Ánh sáng vướng víu có khả thể tăng thêm hiệu suất DVD hay không?
Sự vướng víu là một tính chất cơ lượng tử cho phép các hạt có mối quan hệ gần gũi hơn cái mà vật lí cổ điển cho phép. Một thí dụ nổi tiếng của hiện tượng này là sự tương liên Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) giữa vị trí và xung lượng của các cặp photon. Điều này không giống với ánh sáng laser dùng để đọc các đĩa quang thông thường, chúng không có mối tương liên mạnh như vậy giữa các photon.
Ánh sáng EPR có thể tạo ra trong phòng thí nghiệm và Stefano Pirandola ở trường Đại học York, Anh quốc, đã tính được rằng nó có thể mang lại một phương pháp mới để đọc dữ liệu từ các đĩa quang. Pirandola đi đến ý tưởng trên khi đang xem xét một bộ nhớ gồm một tập hợp những tế bào, mỗi tế bào có hai suất phản xạ khả dĩ. Suất phản xạ cao biểu diễn “1”, và suất phản xạ thấp biểu diễn “0”.
Đo cường độ sáng
Trong hệ do ông đề xuất, ánh sáng đi tới tế bào nhớ và một detector ghi lại cường độ của ánh sáng phản xạ. Ánh sáng cũng được gửi trực tiếp từ nguồn phát đến detector, tạo ra những mode “đệm” phụ thuộc có thể tăng cường khả năng đọc của các tế bào bằng cách khai thác những tương liên có thể có bên trong các tín hiệu (xem hình bên dưới). “Chúng tôi không biết mode đệm có là cần thiết hay không”, Pirandola thừa nhận.
Ông tin rằng độ khuếch đại thông tin – sự khác biệt về thông tin trích xuất bởi một nguồn EPR và một nguồn cổ điển tốt nhất – có thể gần như 100%. “Khi độ khuếch đại bằng 100% có nghĩa là nguồn EPR hồi phục toàn bộ thông tin một cách hoàn hảo, trong khi tất cả những nguồn cổ điển không thể đọc được bộ nhớ trên”.
Sơ đồ cách thức sử dụng ánh sáng EPR để đọc dữ liệu từ một đĩa quang. Bộ đọc gồm một bộ truyền và một đầu đọc (dưới), và một tín hiệu sáng EPR (S) bị phản xạ từ một bit nhớ (trên). Ánh sáng phản xạ được gửi đến bộ nhận cùng với tín hiệu đệm (I). (Ảnh: Physical Review Letters)
Trong đa số tình huống, việc tạo ra một hệ thực tiễn dựa trên ánh sáng vướng víu là cực kì khó khăn, vì sự tương tác với môi trường làm phá hủy sự vướng víu. Theo phân tích của Parandola, hệ của ông sẽ không phải chịu số phận đó. Các tính toán cho thấy các phép đo suất phản xạ tế bào không bị suy yếu bởi các photon còn lại bên tỏng hệ đi tới detector sau khi bị tán xạ bởi môi trường.
Đưa lí thuyết vào thực tế
Thách thức lớn nhất đối với việc xây dựng một hệ thực tế dựa trên tính toán của Pirandola là việc chế tạo một nguồn EPR thích hợp. Nhưng khó khăn này chẳng phải lớn lao gì lắm, vì những nguồn như vậy đã được tạo ra ở nhiều phòng thí nghiệm quang học lượng tử. Công việc này được thực hiện trong một quá trình gọi là biến đổi tham số dưới, nhờ đó ánh sáng phát ra từ một laser bơm đi tới một tinh thể “phi tuyến” đặc biệt để mang lại các cặp photon vướng víu.
Pirandola cho rằng một hệ thực tế có thể sử dụng chỉ vài chục photon để đọc mỗi tế bào. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là cần thiết phải có các detector đếm photon độc thân, đắt tiền. Thay vào đó, tín hiệu phản xạ từ các tế bào có thể kết hợp với tín hiệu từ laser bơm, trước khi bị tách thành hai phần, mỗi phần tác động lên quang detector của riêng chúng. “Nhờ cơ cấu này, tín hiệu vào được khuếch đại thành một tín hiệu vĩ mô trước khi được đo lấy”.
Tuy nhiên, cho dù có chứng minh được một hệ như vậy là tốt hơn nhiều trong việc đọc dữ liệu CD và DVD, nhưng kích cỡ và chi phí của nó khiến nó không thực tiễn đối với ứng dụng này. Khó khăn lớn nhất là việc hiện thực hóa những nguồn ánh sáng EPR nhỏ và hiệu quả. “Một công nghệ triển vọng là sự phát xạ hai photon từ các chất bán dẫn”, Pirandola nói. “[Một nguồn như vậy] có thể tạo ra các photon tương liên ở tốc độ rất cao, và đồng thời có kích cỡ đủ nhỏ”
Những kết quả bất ngờ
Một nhà nghiên cứu chẳng bất ngờ gì trước những kết quả của Pirandola là Seth Lloyd ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). “Cơ cấu được xem xét rất gần với sự rọi sáng lượng tử, và chúng tôi đã xác nhận rằng sự rọi sáng lượng tử không thể làm công việc dò tìm phát hiện tốt hơn những cơ cấu cổ điển”.
Ông cho biết nghiên cứu của Pirandola là rất quan trọng, nó cung cấp một thí dụ hiếm gặp của một phép đo cơ lượng tử lấn át đáng kể trước khi một phép đo cổ điển.
Nguồn: physicsworld.com
