calculatoare cu laser
Frecvența de ceas de 1 GHz în procesoare este de un miliard de operații pe secundă. Multe, dar cele mai bune modele disponibile în prezent pentru consumatorul mediu realizează deja de câteva ori mai mult. Dacă se accelerează... de un milion de ori?
Aceasta este ceea ce promite noua tehnologie de calcul, folosind impulsuri de lumină laser pentru a comuta între stările „1” și „0”. Aceasta rezultă dintr-un calcul simplu cvadrilioane de ori pe secundă.
În experimentele desfășurate în 2018 și descrise în revista Nature, cercetătorii au tras raze laser în infraroșu pulsat către matrice de tip fagure de wolfram și seleniu (1). Acest lucru a făcut ca starea zero și unu să treacă în cipul de siliciu combinat, la fel ca într-un procesor de computer convențional, doar de un milion de ori mai rapid.
Cum s-a întâmplat? Oamenii de știință o descriu grafic, arătând că electronii din fagure metalic se comportă „ciudat” (deși nu la fel de mult). Încântate, aceste particule sar între diferite stări cuantice, numite de experimentatori "pseudo-învârtire ».
Cercetătorii compară acest lucru cu benzile de alergare construite în jurul moleculelor. Ei numesc aceste urme „văi” și descriu manipularea acestor stări de rotire ca „dolinotronica » (S).
Electronii sunt excitați de impulsurile laser. În funcție de polaritatea impulsurilor infraroșii, acestea „ocupă” una dintre cele două „văi” posibile din jurul atomilor rețelei metalice. Aceste două stări sugerează imediat utilizarea fenomenului în logica computerului zero-unu.
Salturile de electroni sunt extrem de rapide, în cicluri de femtosecunde. Și aici se află secretul vitezei incredibile a sistemelor ghidate cu laser.
În plus, oamenii de știință susțin că, din cauza influențelor fizice, aceste sisteme se află într-un anumit sens în ambele stări în același timp (suprapunere), care creează oportunități pentru Cercetătorii subliniază că toate acestea se întâmplă în temperatura camereiîn timp ce majoritatea calculatoarelor cuantice existente necesită ca sistemele de qubiți să fie răcite la temperaturi apropiate de zero absolut.
„Pe termen lung, vedem o posibilitate reală de a crea dispozitive cuantice care efectuează operațiuni mai rapid decât o singură oscilație a unei unde luminoase”, a spus cercetătorul într-un comunicat. Rupert Huber, profesor de fizică la Universitatea din Regensburg, Germania.
Cu toate acestea, oamenii de știință nu au efectuat încă operații cuantice reale în acest fel, așa că ideea unui computer cuantic care funcționează la temperatura camerei rămâne pur teoretică. Același lucru este valabil și pentru puterea normală de calcul a acestui sistem. S-a demonstrat doar munca oscilațiilor și nu au fost efectuate operații de calcul reale.
Au fost deja efectuate experimente similare celor descrise mai sus. În 2017, o descriere a studiului a fost publicată în Nature Photonics, inclusiv la Universitatea din Michigan din SUA. Acolo, impulsuri de lumină laser cu o durată de 100 de femtosecunde au fost trecute printr-un cristal semiconductor, controlând starea electronilor. De regulă, fenomenele care au loc în structura materialului au fost similare cu cele descrise mai devreme. Acestea sunt consecințele cuantice.
Așchii ușoare și perovskiți
face"calculatoare cu laser cuantice » este tratat diferit. În octombrie anul trecut, o echipă de cercetare SUA-Japoneză-Australiană a demonstrat un sistem de calcul ușor. În loc de qubiți, noua abordare folosește starea fizică a fasciculelor laser și a cristalelor personalizate pentru a transforma fasciculele într-un tip special de lumină numit „lumină comprimată”.
Pentru ca starea clusterului să demonstreze potențialul calculului cuantic, laserul trebuie măsurat într-un anumit mod, iar acest lucru se realizează folosind o rețea încurcată cuantică de oglinzi, emițători de fascicule și fibre optice (2). Această abordare este prezentată la scară mică, care nu oferă viteze de calcul suficient de mari. Cu toate acestea, oamenii de știință spun că modelul este scalabil, iar structurile mai mari ar putea obține în cele din urmă un avantaj cuantic față de modelele cuantice și binare utilizate.
2. Raze laser care trec printr-o rețea încâlcită de oglinzi
„Deși procesoarele cuantice actuale sunt impresionante, nu este clar dacă pot fi scalate la dimensiuni foarte mari”, notează Science Today. Nicolas Menicucci, cercetător colaborator la Centrul pentru Tehnologia Cuantică și Comunicații (CQC2T) de la Universitatea RMIT din Melbourne, Australia. „Abordarea noastră începe cu o scalabilitate extremă încorporată în cip încă de la început, deoarece procesorul, numit starea cluster, este făcut din lumină”.
Sunt necesare și noi tipuri de lasere pentru sistemele fotonice ultrarapide (vezi și:). Oamenii de știință de la Universitatea Federală din Orientul Îndepărtat (FEFU) – împreună cu colegii ruși de la Universitatea ITMO, precum și oameni de știință de la Universitatea Texas din Dallas și de la Universitatea Națională Australiană – au raportat în martie 2019 în jurnalul ACS Nano că au dezvoltat un mod eficient, rapid și ieftin de a produce lasere perovskite. Avantajul lor față de alte tipuri este că funcționează mai stabil, ceea ce este de mare importanță pentru cipurile optice.
„Tehnologia noastră de imprimare cu laser cu halogenuri oferă o modalitate simplă, economică și foarte controlată de a produce în serie o varietate de lasere perovskite. Este important de remarcat că optimizarea geometriei în procesul de imprimare cu laser face posibilă pentru prima dată obținerea de microlasere perovskit monomod stabil (3). Astfel de lasere sunt promițătoare în dezvoltarea diferitelor dispozitive optoelectronice și nanofotonice, senzori etc.”, a explicat Aleksey Zhishchenko, cercetător la centrul FEFU, în publicație.
3. Raze laser de perovskit
Desigur, nu vom vedea în curând computere personale „mersând pe lasere”. În timp ce experimentele descrise mai sus sunt dovezi de concept, nici măcar prototipuri de sisteme de calcul.
Cu toate acestea, vitezele oferite de razele de lumină și laser sunt prea tentante pentru cercetători, și apoi ingineri, să refuze această cale.
