Ciecz zamienia się w ciało stałe. Lawa ochładza się i staje się skałą. Woda zamarza w lód. Procesy fizyczne są tu oczywiste i proste. Ale zakres ich zastosowania to zupełnie inna sprawa.
Weźmy światłowód. Półfabrykaty szklane podgrzewamy do momentu stopienia, a następnie rozciągamy je w nitki cieńsze od ludzkiego włosa. Światło przemieszcza się w tych włóknach, przemierzając kontynenty z zawrotną prędkością. Są podstawą telekomunikacji. Ponadto włókna takie stosowane są w laserach, endoskopach i czujnikach. Pusty rdzeń może nawet pomieścić gazy, działając jak miniaturowe laboratorium chemiczne.
Jednak naukowcy z Instytutu Nauk o Świetle im. Max Planck (MPL), Uniwersytet w Hanowerze. Leona XII (Uniwersytet Leibniza w Hanowerze) i Instytut Technologii Fotonicznych im. Leibniz (IPHT) zdecydował się obrać inną, „chłodniejszą” ścieżkę. Nie tylko wyciągnęli szybę, ale ją zamrozili. Tym samym odkryto nowy sposób magazynowania światła za pomocą światłowodów z zamrożonym rdzeniem.
Fizyka zamrażania ciekłego rdzenia
Naukowcy pobrali włókna optyczne z ciekłym rdzeniem (LiCOF) i zanurzyli je w ciekłym azocie w temperaturze -196°C. Cel był prosty: utwardzić rdzeń bez utraty funkcji włókna.
To był sukces.
„Kluczową kwestią jest to, że zamrożona część LiCOF zachowuje zdolność kierowania światła” – wyjaśnia Simon Seiderer. Jest pracownikiem naukowym w grupie Quantum Optoacoustics pod kierunkiem kierującej projektem prof. dr Birgit Stiller.
Ale tu zaczyna się zabawa. Światłowód nie tylko kierował światło. Zarówno część płynna, jak i zamrożona zaczęły przewodzić hipersoniczne fale dźwiękowe.
Światło rozchodzi się szybko, dźwięk wolno. W standardowych włóknach praktycznie nie oddziałują. W tym zamrożonym LiCOF zaczynają ze sobą ściśle współdziałać.
Dlaczego efekt Brillouina-Mandelshtama jest tak ważny
Ta interakcja jest spowodowana rozpraszaniem Brillouina (efektem Brillouina-Mandelshtama*). Ten sam efekt obserwuje się w zwykłych włóknach, ale zwykle jest on bardzo słaby. To tutaj staje się potężny.
Zamrożenie ciekłego rdzenia spowodowało powstanie gęstego, zamkniętego środowiska. Wynik? Komunikacja optoakustyczna jest poprawiona ponad 1000 razy w porównaniu do standardowych włókien.
Wyobraź sobie fizyczną pułapkę informacyjną.
Ponieważ światło przemieszcza się szybciej niż dźwięk, dane mogą być przesyłane z fali świetlnej do wolniejszej fali dźwiękowej. W tym stanie są tymczasowo przechowywane, a następnie w razie potrzeby ponownie przekształcane w światło.
Jest to pamięć optoakustyczna i ma kluczowe znaczenie dla fotonicznych obliczeń neuromorficznych.
Nowa platforma dla sprzętu kwantowego i sztucznej inteligencji
Obliczenia neuromorficzne naśladują funkcjonowanie ludzkiego mózgu poprzez jednoczesne przetwarzanie i przechowywanie informacji. Obecny sprzęt charakteryzuje się niską efektywnością energetyczną. Systemy fotoniczne oferują rozwiązanie, ale tylko wtedy, gdy ich komponenty są małe i mocne.
Właśnie to zapewnia mrożone włókno z płynnym rdzeniem (LiCOF).
„Zamrażając płynny rdzeń, stworzyliśmy zupełnie nową platformę fizyczną” – mówi Stiller. „Zapewnia ekstremalną nieliniowość, a jednocześnie jest łatwy w obsłudze”.
Możliwości wykraczają daleko poza proste przechowywanie danych.
Silne połączenie światła i dźwięku otwiera drzwi do:
- Obliczenia neuromorficzne: procesory inspirowane mózgiem i zasilane światłem.
- Kwantowe przetwarzanie informacji: wydajny i bezpieczny transfer danych.
- Fotonika mikrofalowa: Ulepszenia w przetwarzaniu sygnałów dla 6G i przyszłych generacji.
- Czujniki o wysokiej precyzji: wykrywają zmiany zbyt małe dla obecnej technologii.
„Ten poziom połączenia światła i dźwięku otwiera nowe, ekscytujące możliwości” – mówi Stiller. Nie tylko dla pamięci, ale także dla całej gamy przyszłych technologii.
Droga do optymalizacji
Niniejsze badanie nie zostało przeprowadzone w próżni. Opierał się on na współpracy z profesorami Markusem Schmidtem i Mario Chemnitzem z IPHT w Jenie, którzy przyczynili się do rozwoju włókien z ciekłym rdzeniem. Zamrożenie dodało nową zmienną, która znacznie poprawiła efekty nieliniowe.
Wyniki opublikowano w czasopiśmie Optica pod tytułem: Giant Brillouin Improvement in mrożonych naczyń włosowatych CS₂.
Opublikowano 19 lipca 2026 r.
Prace były wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Niemiecką Fundację Badawczą (DFG) i Towarzystwo Maxa Plancka. Szczegóły finansowania nie są głównym tematem; fizyka jest na porządku dziennym.
Wcześniej postrzegaliśmy włókno jako rurę przepuszczającą światło, przezroczystą autostradę. Badania te sugerują, że może on również służyć jako bank pamięci, procesor lub czujnik.
Czy przyszłość informatyki będzie jak bryła lodu?
Może.
Technologia jest jeszcze młoda. Przejście ze środowisk laboratoryjnych do centrów danych będzie wymagało dodatkowej pracy. Jednak sama energia wystarczy, aby zmienić sposób zasilania centrów danych. Pozostaje jednak pytanie: czy możemy wiarygodnie wspierać zamrażanie takich rdzeni na skalę przemysłową?
A może to po prostu genialny dowód słuszności koncepcji, który zostanie zapomniany, gdy staną się dostępne lepsze materiały?
Nauka jest solidna. Reszta należy do inżynierów.
