Przełom w nauce. Badacze odkryli, jak sterować światłem w czasie

Manipulacja światłem osiągnęła nowy poziom w nauce i technice

Manipulacja światłem w czasie do tej pory była wyłącznie teorią, ale właśnie stała się rzeczywistością. Jest to możliwe dzięki eksperymentom z przezroczystymi tlenkami przewodzącymi (ang. transparent conducting oxides, TCO). Są to specjalne materiały wykorzystywane m.in. w ekranach dotykowych i panelach słonecznych.

Światło to coś więcej niż tylko to, co widzimy. Jest falą elektromagnetyczną, która może odbijać się od powierzchni, załamywać w różnych materiałach, rozpraszać się lub być pochłaniana przez różne substancje. Dzięki tym właściwościom widzimy kolory, możemy korzystać z okularów przeciwsłonecznych czy obserwować tęczę.

Kiedy światło trafia na przeszkodę, może zmieniać kierunek lub łączyć się z innymi falami, tworząc niezwykłe efekty, jak np. barwne plamy na płycie CD. To zjawiska, które od dawna wykorzystujemy w technice – od ekranów telefonów po lasery i światłowody.

A teraz manipulacja światłem osiągnęła nowy poziom – naukowcy potrafią sterować nim nie tylko w przestrzeni, ale i w czasie. To pozwala na budowanie materiałów, które dynamicznie zmieniają swoje właściwości.

Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Nature Photonics, polega na wykorzystaniu ultracienkich warstw TCO o grubości zaledwie 250 nanometrów (0,00025 mm), czyli cieńszych od długości fali światła widzialnego. Badacze z zespołu dr. Marcello Ferrery dokonali przełomowego odkrycia. Ustalili bowiem, że tymi warstwami można sterować za pomocą ultraszybkich impulsów światła. Dzięki temu możliwa jest jednoczesna kontrola kierunku i energii fotonów. A do tej pory takie manipulacje światłem były niemożliwe.

Polecamy: Komputer biologiczny z ludzkich komórek. Rewolucja na rynku AI

TCO to materiał przyszłości

TCO to niezwykłe związki chemiczne, które dotychczas znajdowały zastosowanie głównie w przemyśle elektronicznym. Teraz naukowcy pokazali, że mogą one także stać się kluczowym elementem nowej generacji technologii optycznych. Dzięki zdolności do błyskawicznej zmiany właściwości pod wpływem światła te materiały mogą mieć szerokie zastosowanie.

Jeśli TCO będzie można produkować na szerszą skalę, to sprawdzą się w obliczeniach optycznych, sztucznej inteligencji oraz technologiach kwantowych. Jak wyjaśnia dr Ferrera, badania pokazują, że przyszłe komputery oparte na tej technologii będą działać znacznie szybciej. Pozwolą na bardziej efektywne przetwarzanie danych niż dzisiejsze systemy wykorzystujące sygnały elektryczne.

Szybsze obliczenia, mniejsze zużycie energii

Co więcej, odkrycie może mieć ogromne znaczenie dla przyszłości przetwarzania danych. Jak tłumaczy dr Ferrera w wypowiedzi dla portalu Phys.org, technologia ta pozwoli na przesyłanie i analizowanie informacji z niespotykaną dotąd prędkością.

„Dzięki wykorzystaniu nieliniowego materiału do pełnego wykorzystania pasma optycznego, firmy i organizacje mogą przetwarzać o wiele więcej informacji. To przyniesie ogromne korzyści centrom danych, rozwijającej się technologii AI. Może pomóc w rozwoju także innych obszarów, których nie jesteśmy jeszcze w stanie w pełni przewidzieć” – mówi badacz.

Dr Ferrera podkreśla, że nowe podejście do kontroli światła może pomóc w budowie systemów komputerowych naśladujących ludzki mózg, ale działających z większą wydajnością.

„Materiały, nad którymi pracujemy, mogą obniżyć zużycie energii przez jednostki obliczeniowe, co zmniejszy koszty i zwiększy moc przetwarzania” – dodaje uczony.

Manipulacja światłem to nowa era w technologii optycznej

Naukowcy porównują swoje odkrycie do „Świętego Graala” technologii optycznych. Udało im się bowiem stworzyć materiał, który pod wpływem minimalnej ilości energii może błyskawicznie zmieniać swoje właściwości. To największy krok w kierunku pełnej kontroli światła od czasu wynalezienia lasera.

Według prof. Vladimira Shalaeva, który brał udział w badaniach, „przezroczyste przewodniki o niskim indeksie przyniosły prawdziwą rewolucję w dziedzinie zintegrowanej optyki nieliniowej. Umożliwiły one skuteczną i energooszczędną manipulację sygnałami optycznymi. Działa to w niespotykanie krótkich skalach czasowych”.

To odkrycie otwiera nową erę w dziedzinie optyki nieliniowej. Naukowcy z całego świata już teraz analizują możliwości tej technologii. Zastanawiają się, jak zastosować ją w nowych systemach przesyłania danych. Może ona również usprawnić komputery kwantowe i zaawansowane urządzenia AI. Na dodatek pełna kontrola nad światłem może otworzyć drogę do zupełnie nowych technologii, które jeszcze niedawno wydawały się niemożliwe do osiągnięcia.

Przykładowo, mogłoby to umożliwić budowę superszybkich sieci światłowodowych. Dane byłyby w nich przesyłane z jeszcze większą efektywnością. Dodatkowo ograniczyłoby to straty energii. Natomiast komputery kwantowe mogłyby zyskać nowe optyczne układy logiczne. Umożliwiłoby to jeszcze szybsze obliczenia i modelowanie skomplikowanych systemów. Przykładem może być analiza interakcji leków z ludzkim organizmem.

Pełna kontrola nad światłem może otworzyć drogę do technologii, które jeszcze niedawno wydawały się niemożliwe do osiągnięcia – od optycznych komputerów po rewolucję w komunikacji kwantowej.

Polecamy: Biologia syntetyczna u progu dużych zmian. Sztuczny genom coraz bliżej

Uważasz, że poruszamy ciekawe tematy?

Sprawdź, czego możesz spodziewać się w trakcie spotkania z nami na żywo. Już 5 kwietnia w Bielsku-Białej kolejna edycja konferencji Holistic Talk.

Organizowane przez redakcję Holistic News wydarzenie to możliwość wysłuchania wystąpień ze sceny. Mówcami edycji 2025 roku będą m.in.: dr Monika Wasilewska (psycholog), dr Tomasz Witkowski (psycholog), Marcin Możdżonek (sportowiec i myśliwy), Jacek Piekara (pisarz) i wielu innych. Pełny program znajdziesz TUTAJ.

Zostały już ostatnie miejsca na naszą konferencję. A bilety są w wyjątkowej cenie 209 zł. Z kodem: HNHT2 czytelnicy Holistic News otrzymują dodatkowo 33% zniżki od aktualnej ceny.

Do zobaczenia w Cavatina Hall w Bielsku-Białej!
Redakcja Holistic News