laser computere
Klokkehastigheden for 1 GHz-processorer er en milliard operationer i sekundet. Meget, men de bedste modeller, der i øjeblikket er tilgængelige for den gennemsnitlige forbruger, opnår allerede flere gange mere. Hvad hvis det accelererer... en million gange?
Det er, hvad ny computerteknologi lover, ved at bruge pulser af laserlys til at skifte mellem tilstande "1" og "0." Dette følger af en simpel beregning kvadrillioner gange i sekundet.
I eksperimenter udført i 2018 og beskrevet i tidsskriftet Nature affyrede forskere pulserende infrarøde laserstråler mod honeycomb-arrays af wolfram og selen (1). Dette fik kombinationssiliciumchippen til at skifte mellem nul og en tilstand, ligesom en normal computerprocessor, kun en million gange hurtigere.
Hvordan skete dette? Forskere beskriver dette grafisk og viser, at elektroner i metalbikager opfører sig "mærkeligt" (dog ikke så meget). Når de er exciterede, hopper disse partikler mellem forskellige kvantetilstande, kaldet "pseudo-spinning".
Forskere sammenligner det med løbebånd bygget op omkring molekyler. De kalder disse spor "dale" og beskriver manipulationen af disse roterende tilstande som "dolinotronics » (S).
Elektronerne exciteres af laserimpulser. Afhængigt af polariteten af de infrarøde impulser "optager" de en af to mulige "dale" omkring atomerne i metalgitteret. Disse to tilstande foreslår umiddelbart brugen af fænomenet i computerlogik nul-et.
Elektronhop er ekstremt hurtigt i femtosekundscyklusser. Og heri ligger hemmeligheden bag laserstyrede systemers utrolige hastighed.
Derudover hævder videnskabsmænd, at på grund af fysiske påvirkninger er disse systemer på en måde i begge tilstande samtidigt (superposition), hvilket skaber muligheder for. Forskere understreger, at alt dette sker i stuetemperaturmens de fleste eksisterende kvantecomputere kræver kølesystemer af qubits til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt.
"På lang sigt ser vi en reel mulighed for at skabe kvanteenheder, der udfører operationer hurtigere end én svingning af en lysbølge," sagde forskeren i en erklæring. Rupert Huber, professor i fysik ved universitetet i Regensburg, Tyskland.
Forskere har dog endnu ikke udført nogen egentlige kvanteoperationer på denne måde, så ideen om en kvantecomputer, der opererer ved stuetemperatur, forbliver rent teoretisk. Det samme gælder for den normale computerkraft i dette system. Kun driften af oscillationer blev demonstreret, og ingen reelle beregningsoperationer blev udført.
Eksperimenter svarende til de ovenfor beskrevne er allerede blevet udført. I 2017 blev en beskrivelse af forskningen publiceret i Nature Photonics, blandt andet ved University of Michigan i USA. Der blev 100 femtosekunders pulser af laserlys ført gennem en halvlederkrystal for at overvåge elektronernes tilstand. Som regel lignede fænomenerne i materialets struktur de tidligere beskrevne. Det samme er kvantekonsekvenserne.
Lette chips og perovskites
Gør"kvantelasercomputere » han bliver behandlet anderledes. Sidste oktober demonstrerede et amerikansk-japansk-australsk forskerhold et letvægts computersystem. I stedet for qubits bruger den nye tilgang den fysiske tilstand af laserstråler og brugerdefinerede krystaller til at konvertere strålerne til en speciel type lys kaldet "klemt lys."
For at en klyngetilstand kan demonstrere kvanteberegningspotentiale, skal laseren måles på en bestemt måde, og dette opnås ved hjælp af et kvantesammenfiltret netværk af spejle, stråleudsendere og optiske fibre (2). Denne tilgang præsenteres i lille skala, som ikke giver høje nok beregningshastigheder. Forskere siger dog, at modellen er skalerbar, og at større strukturer i sidste ende kan opnå en kvantefordel i forhold til nuværende kvante- og binære modeller.
2. Laserstråler, der passerer gennem et indviklet netværk af spejle
"Selvom de nuværende kvanteprocessorer er imponerende, er det uklart, om de kan skaleres til meget store størrelser," bemærker Science Today. Nicolas Menicucci, en deltagende forsker ved Center for Quantum Computing and Communications Technologies (CQC2T) ved RMIT University i Melbourne, Australien. "Vores tilgang starter med ekstrem skalerbarhed indbygget i chippen fra starten, fordi processoren, kaldet klyngetilstanden, er lavet af lys."
Der er også behov for nye typer lasere til ultrahurtige 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 - rapporterede i marts 2019 i tidsskriftet ACS Nano, at de havde udviklet en effektiv, hurtig og billig produktionsmetode perovskite lasere. Deres fordel i forhold til andre typer er, at de fungerer mere stabilt, hvilket er af stor betydning for optiske chips.
"Vores halogenid-laserprintteknologi giver en enkel, omkostningseffektiv og meget kontrolleret måde at masseproducere en række perovskit-lasere på. Det er vigtigt, at geometrioptimering i laserprintprocessen muliggør produktion af stabile single-mode perovskite mikrolasere for første gang (3). Sådanne lasere er lovende for udviklingen af forskellige optoelektroniske og nanofotoniske enheder, sensorer osv.,” forklarede Alexey Zhishchenko, en forsker ved FEFU-centeret, i publikationen.
3. Perovskite laserstråler
Naturligvis vil vi ikke se personlige computere "kører på lasere" når som helst snart. Indtil videre er de ovenfor beskrevne eksperimenter beviser på konceptet, ikke engang prototyper af computersystemer.
Imidlertid er de hastigheder, som lys- og laserstråler tilbyder, for fristende for forskere og derefter ingeniører til at opgive denne vej.
