laser datamaskiner

Klokkefrekvensen på 1 GHz i prosessorer er én milliard operasjoner per sekund. Mye, men de beste modellene som for øyeblikket er tilgjengelige for den gjennomsnittlige forbrukeren, oppnår allerede flere ganger mer. Hva om det øker hastigheten... en million ganger?

Dette er hva ny datateknologi lover, ved å bruke pulser av laserlys for å bytte mellom tilstander "1" og "0". Dette følger av en enkel beregning kvadrillioner ganger per sekund.

I eksperimenter utført i 2018 og beskrevet i tidsskriftet Nature, avfyrte forskere pulserende infrarøde laserstråler mot honeycomb-arrayer av wolfram og selen (1). Dette forårsaket en null og en tilstandssvitsjing i den kombinerte silisiumbrikken, akkurat som i en konvensjonell dataprosessor, bare en million ganger raskere.

Hvordan skjedde det? Forskerne beskriver det grafisk, og viser at elektronene i metallbikaken oppfører seg "rart" (men ikke så mye). Spent hopper disse partiklene mellom forskjellige kvantetilstander, navngitt av eksperimenter "pseudo-spinning ».

Forskerne sammenligner dette med tredemøller bygget rundt molekyler. De kaller disse sporene "daler" og beskriver manipulasjonen av disse spinnende tilstandene som "valleytronics » (S).

Elektroner eksiteres av laserpulser. Avhengig av polariteten til de infrarøde pulsene "opptar" de en av to mulige "daler" rundt atomene i metallgitteret. Disse to tilstandene antyder umiddelbart bruken av fenomenet i null-en datalogikk.

Elektronhoppene er ekstremt raske, i femtosekund-sykluser. Og her ligger hemmeligheten bak den utrolige hastigheten til laserstyrte systemer.

I tillegg hevder forskere at på grunn av fysisk påvirkning er disse systemene på en eller annen måte i begge stater samtidig (superposisjon), som skaper muligheter for Forskerne understreker at alt dette skjer i romtemperaturmens de fleste eksisterende kvantedatamaskiner krever at systemer med qubits avkjøles til temperaturer nær absolutt null.

"På lang sikt ser vi en reell mulighet for å lage kvanteenheter som utfører operasjoner raskere enn en enkelt oscillasjon av en lysbølge," sa forskeren i en uttalelse. Rupert Huber, professor i fysikk ved Universitetet i Regensburg, Tyskland.

Imidlertid har forskere ennå ikke utført noen reelle kvanteoperasjoner på denne måten, så ideen om en kvantedatamaskin som opererer ved romtemperatur forblir rent teoretisk. Det samme gjelder den normale datakraften til dette systemet. Bare arbeidet med oscillasjoner ble demonstrert og ingen reelle beregningsoperasjoner ble utført.

Eksperimenter lignende de som er beskrevet ovenfor er allerede utført. I 2017 ble en beskrivelse av studien publisert i Nature Photonics, blant annet ved University of Michigan i USA. Der ble pulser av laserlys som varte i 100 femtosekunder ført gjennom en halvlederkrystall, som kontrollerte elektronenes tilstand. Som regel var fenomenene som oppstod i materialets struktur lik de som er beskrevet tidligere. Dette er kvantekonsekvensene.

Lette chips og perovskitter

Gjør"kvantelaserdatamaskiner » han blir behandlet annerledes. I oktober i fjor demonstrerte et amerikansk-japansk-australsk forskerteam et lett datasystem. I stedet for qubits, bruker den nye tilnærmingen den fysiske tilstanden til laserstråler og tilpassede krystaller for å konvertere strålene til en spesiell type lys kalt "komprimert lys."

For at klyngens tilstand skal demonstrere potensialet til kvanteberegning, må laseren måles på en bestemt måte, og dette oppnås ved hjelp av et kvantesammenfiltret nettverk av speil, stråleutsendere og optiske fibre (2). Denne tilnærmingen presenteres i liten skala, som ikke gir tilstrekkelig høye beregningshastigheter. Imidlertid sier forskerne at modellen er skalerbar, og større strukturer kan til slutt oppnå en kvantefordel i forhold til kvante- og binære modeller som brukes.

2. Laserstråler som går gjennom et sammenfiltret nettverk av speil

"Selv om nåværende kvanteprosessorer er imponerende, er det uklart om de kan skaleres til veldig store størrelser," bemerker Science Today. Nicolas Menicucci, en medvirkende forsker ved Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) ved RMIT University i Melbourne, Australia. "Vår tilnærming starter med ekstrem skalerbarhet innebygd i brikken helt fra begynnelsen fordi prosessoren, kalt cluster state, er laget av lys."

Nye typer lasere er også nødvendig for ultraraske fotoniske systemer (se også:). Forskere fra Far Eastern Federal University (FEFU) – sammen med russiske kolleger fra ITMO University, samt forskere fra University of Texas i Dallas og Australian National University – rapporterte i mars 2019 i tidsskriftet ACS Nano at de hadde utviklet en effektiv, rask og billig måte å produsere på perovskittlasere. Deres fordel fremfor andre typer er at de fungerer mer stabilt, noe som er av stor betydning for optiske brikker.

"Vår halogenidlaserutskriftsteknologi gir en enkel, økonomisk og svært kontrollert måte å masseprodusere en rekke perovskittlasere på. Det er viktig å merke seg at optimaliseringen av geometrien i prosessen med laserutskrift for første gang gjør det mulig å oppnå stabile enkeltmodus perovskittmikrolasere (3). Slike lasere er lovende i utviklingen av ulike optoelektroniske og nanofotoniske enheter, sensorer, etc.,” forklarte Aleksey Zhishchenko, en forsker ved FEFU-senteret, i publikasjonen.

3. Perovskite laserstråler

Selvfølgelig vil vi ikke se personlige datamaskiner "gå på laser" snart. Mens eksperimentene beskrevet ovenfor er bevis på konseptet, ikke engang prototyper av datasystemer.

Imidlertid er hastighetene som tilbys av lys og laserstråler for fristende for forskere, og deretter ingeniører, til å nekte denne veien.