laserski računari

Brzina takta procesora od 1 GHz je milijardu operacija u sekundi. Mnogo, ali najbolji modeli koji su trenutno dostupni prosječnom potrošaču već postižu nekoliko puta više. Šta ako se ubrza... milion puta?

To je ono što nova računarska tehnologija obećava, koristeći impulse laserskog svjetla za prebacivanje između stanja "1" i "0". Ovo proizilazi iz jednostavne računice kvadrilion puta u sekundi.

U eksperimentima sprovedenim 2018. i opisanim u časopisu Nature, istraživači su ispalili pulsne infracrvene laserske zrake na saćaste nizove volframa i selena (1). Ovo je uzrokovalo da se kombinovani silikonski čip prebaci između stanja nula i jedan, baš kao i normalan računarski procesor, samo milion puta brže.

Kako se to dogodilo? Naučnici to opisuju grafički, pokazujući da se elektroni u metalnom saću ponašaju "čudno" (iako ne toliko). Kada su uzbuđene, ove čestice skaču između različitih kvantnih stanja, nazvanih "pseudo-vrtenje".

Istraživači ga upoređuju sa trakama za trčanje izgrađenim oko molekula. Oni nazivaju ove staze "dolinama" i opisuju manipulaciju ovim rotirajućim stanjima kao "dolinatronica » (S).

Elektroni se pobuđuju laserskim impulsima. Ovisno o polarnosti infracrvenih impulsa, oni "zauzimaju" jednu od dvije moguće "doline" oko atoma metalne rešetke. Ova dva stanja odmah sugeriraju upotrebu fenomena u kompjuterskoj logici nula-jedan.

Skok elektrona je izuzetno brz, u femtosekundnim ciklusima. I tu leži tajna neverovatne brzine laserski vođenih sistema.

Pored toga, naučnici tvrde da su zbog fizičkih uticaja ovi sistemi, u izvesnom smislu, u oba stanja istovremeno (superpozicija), što stvara mogućnosti za. Istraživači naglašavaju da se sve ovo dešava u sobnoj temperaturidok većina postojećih kvantnih računara zahteva sisteme za hlađenje kubita do temperatura blizu apsolutne nule.

"Dugoročno, vidimo realnu mogućnost stvaranja kvantnih uređaja koji obavljaju operacije brže od jedne oscilacije svjetlosnog vala", rekao je istraživač u izjavi. Rupert Huber, profesor fizike na Univerzitetu u Regensburgu, Njemačka.

Međutim, naučnici još nisu izveli nikakve prave kvantne operacije na ovaj način, tako da ideja o kvantnom kompjuteru koji radi na sobnoj temperaturi ostaje čisto teoretska. Isto važi i za normalnu računarsku snagu ovog sistema. Demonstrirano je samo djelovanje oscilacija i nisu izvedene prave računske operacije.

Eksperimenti slični onima opisanim već su izvedeni. Opis istraživanja objavljen je 2017. u časopisu Nature Photonics, uključujući i Univerzitet Michigan u SAD-u. Tamo su 100-femtosekundni impulsi laserske svjetlosti propušteni kroz poluvodički kristal kako bi se pratilo stanje elektrona. Po pravilu, pojave koje se javljaju u strukturi materijala bile su slične onima opisanim ranije. Kao i kvantne posljedice.

Lagani čips i perovskiti

Uradi "kvantni laserski kompjuteri » tretira se drugačije. Prošlog oktobra, američko-japansko-australski istraživački tim demonstrirao je lagani računarski sistem. Umjesto kubita, novi pristup koristi fizičko stanje laserskih zraka i prilagođenih kristala za pretvaranje snopova u posebnu vrstu svjetlosti koja se naziva "stisnuto svjetlo".

Da bi stanje klastera pokazalo potencijal kvantnog računarstva, laser mora biti izmjeren na određeni način, a to se postiže korištenjem kvantno isprepletene mreže ogledala, emitera zraka i optičkih vlakana (2). Ovaj pristup je predstavljen u malom obimu, koji ne pruža dovoljno velike brzine računanja. Međutim, naučnici kažu da je model skalabilan i da bi veće strukture na kraju mogle postići kvantnu prednost u odnosu na trenutne kvantne i binarne modele.

2. Laserski zraci koji prolaze kroz zamršenu mrežu ogledala

„Iako su trenutni kvantni procesori impresivni, nejasno je da li se mogu skalirati na veoma velike veličine“, primećuje Science Today. Nicolas Menicucci, istraživač koji učestvuje u Centru za kvantne računarske i komunikacijske tehnologije (CQC2T) na Univerzitetu RMIT u Melburnu, Australija. “Naš pristup počinje s ekstremnom skalabilnošću ugrađenom u čip od samog početka jer je procesor, koji se naziva stanje klastera, napravljen od svjetlosti.”

Novi tipovi lasera su takođe potrebni za ultrabrze fotonske sisteme (vidi takođe:). Naučnici sa Dalekoistočnog federalnog univerziteta (FEFU) - zajedno sa ruskim kolegama sa Univerziteta ITMO, kao i naučnicima sa Univerziteta Teksas u Dalasu i Australijskog nacionalnog univerziteta - objavili su u martu 2019. u časopisu ACS Nano da su razvili efikasan, brz i jeftin način proizvodnje perovskitni laseri. Njihova prednost u odnosu na druge tipove je što rade stabilnije, što je od velikog značaja za optičke čipove.

„Naša tehnologija halogenog laserskog štampanja pruža jednostavan, isplativ i visoko kontrolisan način masovne proizvodnje raznih perovskitnih lasera. Važno je napomenuti da optimizacija geometrije u procesu laserske štampe omogućava proizvodnju stabilnih jednomodnih perovskitnih mikrolasera po prvi put (3). Takvi laseri obećavaju za razvoj različitih optoelektronskih i nanofotonskih uređaja, senzora itd.”, objasnio je u publikaciji Aleksej Žiščenko, istraživač centra FEFU.

3. Perovskite laserske zrake

Naravno, nećemo uskoro vidjeti personalne računare koji "rade na laserima". Do sada su gore opisani eksperimenti dokaz koncepta, čak ni prototipovi računarskih sistema.

Međutim, brzine koje nude svjetlost i laserske zrake su previše primamljive da bi istraživači, a potom i inženjeri, napustili ovaj put.