Nhu cầu về tốc độ internet ngày càng trở nên cấp thiết trong thời đại công nghệ số hiện nay. Khi hàng tỷ thiết bị kết nối mạng đồng thời mỗi ngày, từ điện thoại thông minh, máy tính, TV, cho tới các thiết bị IoT trong nhà thông minh hay xe tự lái, áp lực lên hạ tầng mạng viễn thông là không hề nhỏ. Đa phần các hệ thống truyền dữ liệu tốc độ cao hiện tại·đều dựa vào công nghệ cáp quang – nơi tín hiệu ánh sáng được truyền đi trong sợi thủy tinh để vận chuyển thông tin với tốc độ gần bằng ánh sáng. Tuy nhiên, tốc độ truyền này vẫn còn giới hạn do hiệu quả khuếch đại tín hiệu ánh sáng chưa thực sự tối ưu. Khi tín hiệu ánh sáng truyền đi xa, chúng bị suy giảm và cần được khuếch đại nhiều lần, đây chính là “nút thắt cổ chai” gây hạn chế cho băng thông và tốc độ mạng toàn cầu.
Mới đây, một đột phá công nghệ vừa được các nhà khoa học công bố có thể là lời giải cho bài toán tăng tốc internet toàn cầu: bộ khuếch đại laser mới có thể giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu lên gấp 10 lần so với hiện tại.
Công nghệ đến từ Thụy Điển
Đứng sau đột phá này là nhóm nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers (Chalmers University of Technology), Thụy Điển, dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Peter Andrekson. Nhóm đã phát triển thành công một loại bộ khuếch đại quang học (optical amplifier) hoàn toàn mới, cho phép xử lý và truyền dẫn dữ liệu ở băng thông rộng chưa từng có – lên tới 300 nanomet, cao gấp 10 lần so với mức khoảng 30 nanomet mà các công nghệ hiện tại đang sử dụng.
Sự khác biệt chính của công nghệ mới không chỉ nằm ở hiệu suất cao, mà còn ở khả năng ứng dụng thực tiễn trong các hệ thống mạng cáp quang hiện nay. Nhờ đó, quá trình thương mại hóa có thể diễn ra thuận lợi hơn mà không cần phải thay đổi toàn bộ hạ tầng.
Vật liệu tiên tiến: Silicon Nitride
Một trong những yếu tố quan trọng làm nên đột phá của bộ khuếch đại này là việc sử dụng silicon nitride – một loại vật liệu gốm có đặc tính vượt trội như độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt và tính ổn định trong môi trường quang học. Silicon nitride không chỉ giúp tăng độ bền cho thiết bị, mà còn là nền tảng để tạo ra các ống dẫn sóng siêu nhỏ dạng xoắn ốc, tối ưu việc truyền dẫn tín hiệu laser một cách hiệu quả.
Ống dẫn sóng này giúp hạn chế tối đa hiện tượng nhiễu tín hiệu – một vấn đề cố hữu trong truyền dữ liệu tốc độ cao. Đồng thời, thiết kế dạng xoắn ốc giúp tiết kiệm không gian và cho phép tích hợp nhiều bộ khuếch đại vào trong một con chip nhỏ, mở ra tiềm năng sản xuất đại trà với chi phí thấp hơn.
Tăng tốc internet – nhưng không chỉ dừng lại ở đó
Mặc dù điểm nổi bật nhất của công nghệ này là khả năng tăng tốc internet lên gấp 10 lần, nhưng tiềm năng ứng dụng của nó không chỉ giới hạn trong lĩnh vực viễn thông.
Bộ khuếch đại quang học này hoạt động hiệu quả trong dải ánh sáng hồng ngoại gần (từ 1.400 đến 1.700 nanomet) – đúng với dải mà các mạng cáp quang hiện nay đang sử dụng. Điều này giúp thiết bị dễ dàng tích hợp vào hệ thống mạng hiện hữu mà không cần thay thế hoặc nâng cấp hạ tầng quá lớn.
Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu còn đặt mục tiêu mở rộng khả năng hoạt động của thiết bị sang dải ánh sáng khả kiến (400–700 nanomet) và cả hồng ngoại xa (2.000–4.000 nanomet). Việc này không chỉ giúp tăng tính linh hoạt mà còn mở ra nhiều cánh cửa cho các lĩnh vực khác như:
-
Y học: hỗ trợ trong kỹ thuật chụp ảnh mô, phân tích tế bào và chẩn đoán sớm bệnh tật.
-
Khoa học vật liệu: giúp nâng cao độ chính xác trong các phép đo quang học.
-
Công nghệ giải trí: như hologram, AR/VR với chất lượng hình ảnh siêu nét.
-
An ninh quốc phòng: nhờ khả năng truyền tải và xử lý dữ liệu hình ảnh tốc độ cao, độ trễ thấp.
Tương lai của Internet: nhỏ hơn, nhanh hơn, thông minh hơn
Một điểm đáng chú ý nữa là thiết bị mới này có thể được thu nhỏ đến mức tích hợp trên một chip silicon đơn, tạo ra thế hệ laser mini giá rẻ, dễ sản xuất và triển khai ở quy mô lớn. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh điện toán biên (edge computing) và 5G/6G đang phát triển mạnh, đòi hỏi các thiết bị nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất cao.
Nếu được thương mại hóa thành công, công nghệ này có thể không chỉ giúp người dùng cuối tải phim 4K trong vài giây, mà còn là chìa khóa thúc đẩy các ngành công nghiệp số khác như AI thời gian thực, tự động hóa công nghiệp, và giao thông thông minh.
