laserski računalniki

Urna frekvenca 1 GHz v procesorjih je milijarda operacij na sekundo. Veliko, vendar najboljši modeli, ki so trenutno na voljo povprečnemu potrošniku, dosegajo že nekajkrat več. Kaj pa, če se pospeši ... milijonkrat?

To obljublja nova računalniška tehnologija, ki uporablja impulze laserske svetlobe za preklapljanje med stanjema "1" in "0". To izhaja iz preprostega izračuna kvadrilijon krat na sekundo.

V poskusih, izvedenih leta 2018 in opisanih v reviji Nature, so raziskovalci izstrelili impulzne infrardeče laserske žarke na nize satja volframa in selena (1). To je povzročilo preklapljanje stanja nič in ena v kombiniranem silicijevem čipu, tako kot v običajnem računalniškem procesorju, le milijonkrat hitreje.

Kako se je to zgodilo? Znanstveniki to opisujejo grafično in kažejo, da se elektroni v kovinskem satju obnašajo "čudno" (čeprav ne tako zelo). Navdušeni ti delci skačejo med različnimi kvantnimi stanji, ki so jih eksperimentatorji poimenovali "psevdo vrtenje ».

Raziskovalci to primerjajo s tekalnimi stezami, zgrajenimi okoli molekul. Te sledi imenujejo "doline" in opisujejo manipulacijo teh vrtečih se stanj kot "dolinatronica » (S).

Elektrone vzbujajo laserski impulzi. Odvisno od polarnosti infrardečih impulzov "zasedejo" eno od dveh možnih "dolin" okoli atomov kovinske mreže. Ti dve stanji takoj nakazujeta uporabo pojava v računalniški logiki nič-ena.

Preskoki elektronov so izjemno hitri, v femtosekundnih ciklih. In tu se skriva skrivnost neverjetne hitrosti lasersko vodenih sistemov.

Poleg tega znanstveniki trdijo, da so ti sistemi zaradi fizičnih vplivov v nekem smislu v obeh stanjih hkrati (superpozicija), ki ustvarja priložnosti za Raziskovalci poudarjajo, da se vse to dogaja v sobna temperaturamedtem ko večina obstoječih kvantnih računalnikov zahteva, da se sistemi kubitov ohladijo na temperature blizu absolutne ničle.

"Dolgoročno vidimo resnično možnost ustvarjanja kvantnih naprav, ki izvajajo operacije hitreje kot eno samo nihanje svetlobnega vala," je dejal raziskovalec v izjavi. Rupert Huber, profesor fizike na Univerzi v Regensburgu, Nemčija.

Vendar pa znanstveniki še niso izvedli nobenih pravih kvantnih operacij na ta način, zato ideja o kvantnem računalniku, ki deluje pri sobni temperaturi, ostaja zgolj teoretična. Enako velja za običajno računalniško moč tega sistema. Prikazano je bilo samo delo oscilacij in nobenih pravih računskih operacij ni bilo.

Eksperimenti, podobni zgoraj opisanim, so že bili izvedeni. Leta 2017 je bil opis študije objavljen v Nature Photonics, vključno z Univerzo v Michiganu v ZDA. Tam so bili impulzi laserske svetlobe, ki so trajali 100 femtosekund, prešli skozi polprevodniški kristal in nadzorovali stanje elektronov. Praviloma so bili pojavi v strukturi materiala podobni prej opisanim. To so kvantne posledice.

Lahki čipi in perovskiti

naredi "kvantni laserski računalniki » obravnavan je drugače. Oktobra lani je ameriško-japonsko-avstralska raziskovalna skupina predstavila lahek računalniški sistem. Namesto kubitov novi pristop uporablja fizično stanje laserskih žarkov in kristalov po meri za pretvorbo žarkov v posebno vrsto svetlobe, imenovano "stisnjena svetloba".

Da bi stanje grozda pokazalo potencial kvantnega računalništva, je treba laser izmeriti na določen način, to pa se doseže z uporabo kvantno prepletene mreže zrcal, oddajnikov žarkov in optičnih vlaken (2). Ta pristop je predstavljen v majhnem merilu, ki ne zagotavlja dovolj visokih računskih hitrosti. Vendar pa znanstveniki pravijo, da je model razširljiv in bi lahko večje strukture sčasoma dosegle kvantno prednost pred uporabljenimi kvantnimi in binarnimi modeli.

2. Laserski žarki, ki prehajajo skozi prepleteno mrežo zrcal

"Čeprav so trenutni kvantni procesorji impresivni, ni jasno, ali jih je mogoče povečati na zelo velike velikosti," ugotavlja Science Today. Nicolas Menicucci, sodelujoči raziskovalec v Centru za kvantno računalništvo in komunikacijsko tehnologijo (CQC2T) na univerzi RMIT v Melbournu v Avstraliji. "Naš pristop se začne z izjemno razširljivostjo, vgrajeno v čip že od samega začetka, ker je procesor, imenovan stanje gruče, izdelan iz svetlobe."

Nove vrste laserjev so potrebne tudi za ultra hitre fotonske sisteme (glej tudi:). Znanstveniki z Daljnjevzhodne zvezne univerze (FEFU) – skupaj z ruskimi kolegi z univerze ITMO ter znanstveniki z Univerze v Teksasu v Dallasu in Avstralske nacionalne univerze – so marca 2019 v reviji ACS Nano poročali, da so razvili učinkovit, hiter in poceni način proizvodnje perovskitni laserji. Njihova prednost pred drugimi vrstami je, da delujejo bolj stabilno, kar je pri optičnih čipih zelo pomembno.

»Naša tehnologija halogenidnega laserskega tiskanja zagotavlja preprost, ekonomičen in visoko nadzorovan način za množično proizvodnjo različnih perovskitnih laserjev. Pomembno je omeniti, da optimizacija geometrije v procesu laserskega tiskanja prvič omogoča pridobitev stabilnih enomodnih perovskitnih mikrolaserjev (3). Takšni laserji so obetavni pri razvoju različnih optoelektronskih in nanofotonskih naprav, senzorjev itd.,« je v publikaciji pojasnil Aleksej Žiščenko, raziskovalec centra FEFU.

3. Perovskitni laserski žarki

Seveda še ne bomo kmalu videli osebnih računalnikov, ki bi »hodili po laserjih«. Medtem ko so zgoraj opisani poskusi dokaz koncepta, niti ne prototipi računalniških sistemov.

Vendar pa so hitrosti, ki jih ponujajo svetlobni in laserski žarki, preveč mamljive za raziskovalce in nato inženirje, da bi zavrnili to pot.