Truyền xung điện với vận tốc gấp ba lần ánh sáng

Một đoạn dây dẫn tinh thể photon đồng trục.

Các nhà khoa học Canada mới đạt được thành tựu bước ngoặt khi truyền xung điện với vận tốc lớn hơn ánh sáng qua một dây dẫn dài 120 mét. Tuy nhiên, điều này không vi phạm thuyết tương đối hẹp của Einstein, v́ xung điện gồm những thành phần có tần số khác nhau, và vận tốc của mỗi thành phần này đều nhỏ hơn ánh sáng.

Để thiết kế một "dây dẫn vượt vận tốc ánh sáng", Alain Hache và Louis Poirier thuộc Đại học Moncton (Canada) đă nghiên cứu tính tán xạ của ánh sáng khi đi qua một môi trường nhất định.

Ở môi trường chân không, ánh sáng mọi bước sóng đều chuyển động với tốc độ bằng nhau (~ 300.000 km/s), nhưng khi đi vào môi trường khác (ví dụ thủy tinh), ánh sáng có bước sóng khác nhau sẽ chuyển động với vận tốc khác nhau. Đó là hiện tượng tán sắc thường: Ánh sáng bị trải rộng và bóp méo. Mặt khác, ở những điều kiện nhất định, ví dụ khi xung sáng đi qua nhiều môi trường kế tiếp nhau, sẽ xuất hiện sự giao thoa các sóng ở biên, dẫn tới cộng hưởng, đẩy một lực vào xung sáng, khiến tốc độ của nó tăng lên, và có thể vượt lên vận tốc ánh sáng trong chân không. Hiện tượng này gọi là tán sắc dị biệt.

Nhóm khoa học Canada đă chế tạo 120 mét dây dẫn từ nhiều đoạn tinh thể (c̣n gọi là tinh thể photon), mỗi đoạn dài 5 mét với trở kháng quang học khác nhau. Trở kháng quang học là điện trở của dây dẫn, phụ thuộc vào tần số của xung điện. Như vậy, việc truyền một xung điện qua dây dẫn loại này, về nguyên tắc, cũng giống hệt như việc phóng một chùm sáng qua những môi trường quang học khác nhau. Có nghĩa là, xung điện sẽ được đẩy vào một lực tương tự như lực  đẩy vào chùm sáng khi đi qua nhiều môi trường quang học khác nhau - dựa trên nguyên lư "tán sắc dị biệt". 

Cấu tạo đặc biệt này của dây dẫn cho phép các nhà nghiên cứu truyền một xung điện qua nó với vận tốc tổng hợp gấp 3 lần ánh sáng. Tuy nhiên, vận tốc của những thành phần với tần số khác nhau của xung điện thực chất vẫn nhỏ hơn ánh sáng. Điều này phù hợp với thuyết tương đối hẹp của Einstein.

Theo thuyết tương đối hẹp, thông tin không thể được truyền đi với vận tốc trên ánh sáng. Trong trường hợp trên, thông tin được mă hóa trong các thành phần bước sóng khác nhau của xung điện. V́ thế, mặc dù tốc độ tổng hợp của xung điện lớn hơn ánh sáng, nhưng thông tin (nằm trong các thành phần của nó) vẫn đi chậm hơn ánh sáng.

Kỷ lục về vận tốc truyền thông tin dưới dạng xung điện qua dây dẫn hiện nay là 2/3 tốc độ ánh sáng. Theo các nhà khoa học, phương pháp truyền tin mới dựa trên nguyên lư tán sắc dị biệt có thể đạt đến tốc độ sát gần với ánh sáng. Đây là bước tiến lớn trong ngành điện tử và công nghệ thông tin.