komputer laser

Kekerapan jam 1 GHz dalam pemproses ialah satu bilion operasi sesaat. Banyak, tetapi model terbaik yang tersedia pada masa ini untuk pengguna biasa sudah mencapai beberapa kali lebih banyak. Bagaimana jika ia mempercepatkan ... sejuta kali ganda?

Inilah yang dijanjikan oleh teknologi pengkomputeran baharu, menggunakan denyutan cahaya laser untuk bertukar antara keadaan "1" dan "0". Ini berikutan daripada pengiraan mudah kuadrilion kali sesaat.

Dalam eksperimen yang dijalankan pada 2018 dan diterangkan dalam jurnal Nature, penyelidik menembak sinar laser inframerah berdenyut pada susunan sarang lebah tungsten dan selenium (1). Ini menyebabkan keadaan sifar dan satu bertukar dalam cip silikon gabungan, sama seperti dalam pemproses komputer konvensional, hanya sejuta kali lebih pantas.

Bagaimana ia berlaku? Para saintis menerangkannya secara grafik, menunjukkan bahawa elektron dalam sarang lebah logam berkelakuan "pelik" (walaupun tidak begitu banyak). Teruja, zarah-zarah ini melompat antara keadaan kuantum yang berbeza, dinamakan oleh penguji "pseudo-spinning ».

Para penyelidik membandingkan ini dengan treadmill yang dibina di sekeliling molekul. Mereka memanggil trek ini "lembah" dan menggambarkan manipulasi keadaan berputar ini sebagai "valleytronics » (S).

Elektron teruja oleh denyutan laser. Bergantung pada kekutuban denyutan inframerah, mereka "menduduki" salah satu daripada dua kemungkinan "lembah" di sekeliling atom kekisi logam. Kedua-dua negeri ini segera mencadangkan penggunaan fenomena dalam logik komputer sifar satu.

Lompatan elektron sangat pantas, dalam kitaran femtosaat. Dan di sinilah terletaknya rahsia kelajuan luar biasa sistem berpandukan laser.

Di samping itu, saintis berhujah bahawa disebabkan pengaruh fizikal, sistem ini dalam erti kata tertentu dalam kedua-dua keadaan pada masa yang sama (superposisi), yang mewujudkan peluang untuk Para penyelidik menekankan bahawa semua ini berlaku dalam suhu bilikmanakala kebanyakan komputer kuantum sedia ada memerlukan sistem qubit untuk disejukkan kepada suhu yang hampir kepada sifar mutlak.

"Dalam jangka panjang, kami melihat kemungkinan sebenar untuk mencipta peranti kuantum yang melakukan operasi lebih pantas daripada satu ayunan gelombang cahaya," kata penyelidik itu dalam satu kenyataan. Rupert Huber, profesor fizik di Universiti Regensburg, Jerman.

Walau bagaimanapun, saintis belum lagi melakukan sebarang operasi kuantum sebenar dengan cara ini, jadi idea komputer kuantum yang beroperasi pada suhu bilik kekal sebagai teori semata-mata. Perkara yang sama berlaku untuk kuasa pengkomputeran biasa sistem ini. Hanya kerja ayunan ditunjukkan dan tiada operasi pengiraan sebenar dilakukan.

Eksperimen yang serupa dengan yang diterangkan di atas telah pun dijalankan. Pada tahun 2017, penerangan mengenai kajian itu diterbitkan dalam Nature Photonics, termasuk di University of Michigan di Amerika Syarikat. Di sana, denyutan cahaya laser yang berlangsung selama 100 femtosaat disalurkan melalui kristal semikonduktor, mengawal keadaan elektron. Sebagai peraturan, fenomena yang berlaku dalam struktur bahan adalah serupa dengan yang diterangkan sebelum ini. Ini adalah akibat kuantum.

Cip ringan dan perovskit

buat"komputer laser kuantum » dia dilayan secara berbeza. Oktober lalu, pasukan penyelidik AS-Jepun-Australia menunjukkan sistem pengkomputeran yang ringan. Daripada qubit, pendekatan baharu menggunakan keadaan fizikal pancaran laser dan kristal tersuai untuk menukar pancaran kepada jenis cahaya khas yang dipanggil "cahaya termampat."

Agar keadaan gugusan menunjukkan potensi pengkomputeran kuantum, laser mesti diukur dengan cara tertentu, dan ini dicapai menggunakan rangkaian cermin terjerat kuantum, pemancar rasuk dan gentian optik (2). Pendekatan ini dipersembahkan pada skala kecil, yang tidak memberikan kelajuan pengiraan yang cukup tinggi. Walau bagaimanapun, para saintis mengatakan model itu boleh berskala, dan struktur yang lebih besar akhirnya boleh mencapai kelebihan kuantum berbanding model kuantum dan binari yang digunakan.

2. Pancaran laser melalui rangkaian cermin yang berselirat

"Walaupun pemproses kuantum semasa mengagumkan, tidak jelas sama ada ia boleh diskalakan kepada saiz yang sangat besar," kata Science Today. Nicolas Menicucci, seorang penyelidik yang menyumbang di Pusat Pengkomputeran Kuantum dan Teknologi Komunikasi (CQC2T) di Universiti RMIT di Melbourne, Australia. "Pendekatan kami bermula dengan kebolehskalaan melampau yang dibina ke dalam cip dari awal kerana pemproses, yang dipanggil keadaan kluster, diperbuat daripada cahaya."

Jenis laser baharu juga diperlukan untuk sistem fotonik ultrafast (lihat juga:). Para saintis dari Far Eastern Federal University (FEFU) — bersama-sama dengan rakan sekerja Rusia dari ITMO University, serta saintis dari University of Texas di Dallas dan Australian National University — melaporkan pada Mac 2019 dalam jurnal ACS Nano bahawa mereka telah membangunkan cara yang cekap, cepat dan murah untuk menghasilkan laser perovskite. Kelebihan mereka berbanding jenis lain ialah ia berfungsi dengan lebih stabil, yang sangat penting untuk cip optik.

“Teknologi pencetakan laser halida kami menyediakan cara yang mudah, menjimatkan dan sangat terkawal untuk menghasilkan pelbagai jenis laser perovskite secara besar-besaran. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa pengoptimuman geometri dalam proses pencetakan laser memungkinkan buat kali pertama untuk mendapatkan mikrolaser perovskite mod tunggal yang stabil (3). Laser sedemikian menjanjikan dalam pembangunan pelbagai peranti optoelektronik dan nanofotonik, sensor, dan lain-lain, "jelas Aleksey Zhishchenko, seorang penyelidik di pusat FEFU, dalam penerbitan itu.

3. Pancaran laser perovskite

Sudah tentu, kita tidak akan melihat komputer peribadi "berjalan di atas laser" tidak lama lagi. Setakat ini, eksperimen yang diterangkan di atas adalah bukti konsep, malah bukan prototaip sistem pengkomputeran.

Walau bagaimanapun, kelajuan yang ditawarkan oleh pancaran cahaya dan laser terlalu menggoda untuk penyelidik, dan kemudian jurutera, untuk menolak laluan ini.