重大發(fā)現(xiàn)將變革現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

    據(jù)國外媒體報道，英國科學(xué)家近日稱，他們最近利用一種新型的人造電磁-光學(xué)材料，首次成功地利用“捕獲彩虹”技術(shù)讓光線停止了下來。

英科學(xué)家用“捕獲彩虹”技術(shù)讓光線停止

    在11月15日出版的《自然》雜志上，英國薩里大學(xué)的物理學(xué)家歐特溫-赫斯與其同事公布了他們的這項最新成果。歐特溫-赫斯稱，要將運(yùn)行速度為6.7億英里每小時(10.8億公里每小時)的光截住絕對是一件壯舉，科學(xué)家們?yōu)榇艘呀?jīng)進(jìn)行了數(shù)年的研究，以期能夠顛覆傳統(tǒng)的信息儲存與發(fā)送方式。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn)，歐特溫-赫斯與其同事一道設(shè)計出了一個理論方法，使用一種屬性由結(jié)構(gòu)而非成份決定的“超材料”將光截留住。“超材料”是一種人造的電磁-光學(xué)材料，即在透明材料中置入一些微型的金屬包含物。憑借其“負(fù)折射率”的特性，“超材料”成為了截留光的理想材料。介質(zhì)的折射率是指光在真空中的運(yùn)動速度，和在某種介質(zhì)中減慢的運(yùn)動速度之比。絕大部分材料，如玻璃和水，的折射率為正，意味著光基本上還是朝同一方向運(yùn)動。赫斯解釋說，“超材料”的負(fù)折射率特性使得光在一定程度上按原方向折回，這樣一來，光的運(yùn)行速度就慢慢地減緩下來，直至停止。

　　實驗研究中，歐特溫-赫斯帶領(lǐng)的研究小組將這種“超材料”夾在兩種普通的材料中間，且一端寬一端窄。赫斯表示，這種寬度差異可以使光的不同波長停留在不同點(diǎn)上，最后實現(xiàn)“當(dāng)每個頻率成分都被截留時，所有光波的分布呈立體狀”，這樣就可以在“超材料”上形成一道彩虹。他還表示，與早期截留光波粒子的實驗不同的是，他們的此次實驗不僅只減緩并截留了窄頻帶中的光，而是實現(xiàn)了整個頻率域中光的截留。目前，赫斯的設(shè)計還只停留在理論階段，要真正實現(xiàn)光的截留，科學(xué)家們就必須努力研發(fā)并使用納米材質(zhì)的“超材料”。盡管這樣一種材料聽起來有些“科幻”，但奇異的“超材料”發(fā)現(xiàn)都是從一些看似不可思議的理論誕生出來的。比如，負(fù)折射率材料從提出到發(fā)現(xiàn)僅用了短短6個月的時間。赫斯希望相同的事情也可以發(fā)生在“捕獲彩虹”上，盡管他認(rèn)為首個實現(xiàn)的設(shè)備應(yīng)該對應(yīng)的是波長更長的紅外光波或者微波，因為它們需要的波導(dǎo)尺寸更大，更容易制造。

　　歐特溫-赫斯表示，一旦光可以被截留住，就將掀起數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)儲存領(lǐng)域的革命。目前，因特網(wǎng)在面臨如何加速數(shù)據(jù)流方面能力有限，因為“過量的數(shù)據(jù)常常在同一時候抵達(dá)某些點(diǎn)”。假設(shè)數(shù)據(jù)是通過光子而非電子傳輸，那么根據(jù)赫斯的理論，就可以通過給光子設(shè)置限速，使某些頻率的數(shù)據(jù)傳輸減速，以便其它數(shù)據(jù)通過。這樣一來，就可以提高數(shù)據(jù)處理效率，使因特網(wǎng)具有更大的數(shù)據(jù)容量。由于光學(xué)裝置天生就具有難以置信的高帶寬，因此，截留光的方法使得光子可以被儲存，從而芯片上可以儲存海量數(shù)據(jù)。

　　科學(xué)家們早就知道，光的傳播速度不是一成不變的，而是在不同的介質(zhì)中有著不同的速度。光的最快速度只有在真空和物質(zhì)稀薄的空間才能達(dá)到，例如在空氣中；光在進(jìn)入水或玻璃等介質(zhì)后，由于折射傳輸速度會變慢，但在普通的光學(xué)材料里光速一般只會減慢到原來的幾分之一，還是太快了。 慢化光速無論是從理論上還是從實際應(yīng)用上均是意義非凡，而對計算機(jī)領(lǐng)域更是如此。使光子停止，操縱光子以便把信息輸入光子，然后根據(jù)需要再將光子發(fā)往某地以及某時再發(fā)。這種可能性使人們看到了新一代計算機(jī)的曙光，可以預(yù)見它比目前計算機(jī)的功能要強(qiáng)大幾千倍，這就是所謂的量子計算機(jī)。此外，利用它可開發(fā)將不可見的紅外線轉(zhuǎn)換為肉眼可識別的可見光的技術(shù)、減少通信系統(tǒng)中的噪音以及研制性能更好的視頻顯示和夜視裝置等。