laserska računala

Frekvencija takta od 1 GHz u procesorima je milijardu operacija u sekundi. Mnogo, ali najbolji modeli koji su trenutno dostupni prosječnom potrošaču već postižu nekoliko puta više. Što ako se ubrza... milijun puta?

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

U eksperimentima provedenim 2018. i opisanim u časopisu Nature, istraživači su ispalili pulsne infracrvene laserske zrake na saćaste nizove volframa i selena (1). To je uzrokovalo da se stanje nula i jedan prebacuje u kombiniranom silicijskom čipu, baš kao u konvencionalnom procesoru računala, samo milijun puta brže.

Kako se to dogodilo? Znanstvenici to opisuju grafički, pokazujući da se elektroni u metalnom saću ponašaju "čudno" (iako ne toliko). Uzbuđene, ove čestice skaču između različitih kvantnih stanja, koje su eksperimentatori nazvali "pseudo-vrtenje ».

Istraživači to uspoređuju s trakama za trčanje izgrađenim oko molekula. Oni nazivaju ove tragove "dolinama" i opisuju manipulaciju ovim vrtećim stanjima kao "dolinotronika » (S).

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

Skokovi elektrona su izuzetno brzi, u femtosekundnim ciklusima. I tu leži tajna nevjerojatne brzine laserski vođenih sustava.

Osim toga, znanstvenici tvrde da su zbog fizičkih utjecaja ovi sustavi na neki način u oba stanja u isto vrijeme (superpozicija), što stvara mogućnosti za Istraživači naglašavaju da se sve to događa u sobna temperaturadok većina postojećih kvantnih računala zahtijeva da se sustavi kubita ohlade na temperature blizu apsolutne nule.

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

Međutim, znanstvenici još nisu izveli nikakve prave kvantne operacije na ovaj način, tako da ideja o kvantnom računalu koje radi na sobnoj temperaturi ostaje čisto teoretska. Isto vrijedi i za normalnu računsku snagu ovog sustava. Prikazan je samo rad oscilacija i nisu izvedene prave računske operacije.

Eksperimenti slični onima opisanim već su provedeni. Godine 2017., opis studije objavljen je u časopisu Nature Photonics, uključujući i na Sveučilištu Michigan u SAD-u. Tamo su impulsi laserske svjetlosti u trajanju od 100 femtosekundi prolazili kroz poluvodički kristal, kontrolirajući stanje elektrona. U pravilu, pojave koje se javljaju u strukturi materijala bile su slične onima opisanim ranije. To su kvantne posljedice.

Lagani čips i perovskiti

Čini "kvantna laserska računala » tretira se drugačije. Prošlog listopada, američko-japansko-australski istraživački tim demonstrirao je lagani računalni sustav. Umjesto kubita, novi pristup koristi fizičko stanje laserskih zraka i prilagođenih kristala za pretvaranje zraka u posebnu vrstu svjetlosti koja se naziva "komprimirano svjetlo".

Kako bi stanje klastera pokazalo potencijal kvantnog računanja, laser se mora mjeriti na određeni način, a to se postiže pomoću kvantno isprepletene mreže zrcala, emitera snopa i optičkih vlakana (2). Ovaj pristup je predstavljen u malom opsegu, koji ne daje dovoljno velike brzine računanja. Međutim, znanstvenici kažu da je model skalabilan i da bi veće strukture na kraju mogle postići kvantnu prednost u odnosu na korištene kvantne i binarne modele.

2. Laserske zrake koje prolaze kroz zamršenu mrežu zrcala

"Iako su trenutni kvantni procesori impresivni, nejasno je mogu li se skalirati na vrlo velike veličine", primjećuje Science Today. Nicolas Menicucci, suradnik u Centru za kvantno računalstvo i komunikacijsku tehnologiju (CQC2T) na Sveučilištu RMIT u Melbourneu, Australija. "Naš pristup počinje s ekstremnom skalabilnošću ugrađenom u čip od samog početka jer je procesor, nazvan stanje klastera, napravljen od svjetlosti."

Nove vrste lasera također su potrebne za ultrabrze fotonske sustave (vidi također:). Znanstvenici s Dalekoistočnog federalnog sveučilišta (FEFU) — zajedno s ruskim kolegama sa Sveučilišta ITMO, kao i znanstvenicima sa Sveučilišta Teksas u Dallasu i Australskog nacionalnog sveučilišta — izvijestili su u ožujku 2019. u časopisu ACS Nano da su razvili učinkovit, brz i jeftin način proizvodnje perovskitni laseri. Njihova prednost u odnosu na druge vrste je što rade stabilnije, što je za optičke čipove od velike važnosti.

“Naša tehnologija halogenog laserskog ispisa pruža jednostavan, ekonomičan i visoko kontroliran način masovne proizvodnje raznih perovskitnih lasera. Važno je napomenuti da optimizacija geometrije u procesu laserskog tiska po prvi put omogućuje dobivanje stabilnih jednomodnih perovskitnih mikrolasera (3). Takvi laseri obećavaju u razvoju raznih optoelektronskih i nanofotonskih uređaja, senzora itd.”, objasnio je Aleksey Zhishchenko, istraživač centra FEFU, u publikaciji.

3. Laserske zrake perovskita

Naravno, nećemo uskoro vidjeti osobna računala kako “hode po laserima”. Dok su gore opisani eksperimenti dokaz koncepta, čak ni prototipovi računalnih sustava.

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