lāzerdatori

1 GHz takts frekvence procesoros ir viens miljards darbību sekundē. Daudz, bet labākie modeļi, kas šobrīd pieejami vidusmēra patērētājam, jau sasniedz vairākas reizes vairāk. Ko darīt, ja tas paātrinās... miljons reižu?

To sola jaunā skaitļošanas tehnoloģija, izmantojot lāzera gaismas impulsus, lai pārslēgtos starp stāvokļiem "1" un "0". Tas izriet no vienkārša aprēķina kvadriljonus reižu sekundē.

Eksperimentos, kas tika veikti 2018. gadā un aprakstīti žurnālā Nature, pētnieki raidīja impulsa infrasarkano lāzera starus uz šūnveida volframa un selēna blokiem (1). Tas izraisīja nulles un viena stāvokļa pārslēgšanos kombinētajā silīcija mikroshēmā, tāpat kā parastajā datora procesorā, tikai miljons reižu ātrāk.

Kā tas notika? Zinātnieki to apraksta grafiski, parādot, ka elektroni metāla šūnās uzvedas "dīvaini" (lai gan ne tik daudz). Satraukti šīs daļiņas lēkā starp dažādiem kvantu stāvokļiem, ko nosaukuši eksperimentētāji.pseido-vērpšana ».

Pētnieki to salīdzina ar skrejceliņiem, kas veidoti ap molekulām. Viņi sauc šīs sliedes par "ielejām" un apraksta manipulācijas ar šiem griešanās stāvokļiem kā "dolinatronika » (S).

Elektronus ierosina lāzera impulsi. Atkarībā no infrasarkano staru impulsu polaritātes tie "aizņem" vienu no divām iespējamām "ielejām" ap metāla režģa atomiem. Šie divi stāvokļi nekavējoties liek domāt par fenomena izmantošanu nulles viena datora loģikā.

Elektronu lēcieni ir ārkārtīgi ātri, femtosekundes ciklos. Un šeit slēpjas lāzervadāmo sistēmu neticamā ātruma noslēpums.

Turklāt zinātnieki apgalvo, ka fiziskās ietekmes dēļ šīs sistēmas savā ziņā atrodas abos stāvokļos vienlaikus (superpozīcija), kas rada iespējas, lai Pētnieki uzsver, ka tas viss notiek iekšā telpas temperatūrasavukārt lielākajai daļai esošo kvantu datoru ir nepieciešamas kubitu sistēmas, kas jāatdzesē līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtai nullei.

"Ilgtermiņā mēs redzam reālu iespēju izveidot kvantu ierīces, kas veic darbības ātrāk nekā viena gaismas viļņa svārstība," teikts pētnieka paziņojumā. Rūperts Hūbers, fizikas profesors Rēgensburgas Universitātē, Vācijā.

Tomēr zinātnieki vēl nav veikuši nekādas reālas kvantu operācijas šādā veidā, tāpēc ideja par kvantu datoru, kas darbojas istabas temperatūrā, paliek tīri teorētiska. Tas pats attiecas uz šīs sistēmas parasto skaitļošanas jaudu. Tika demonstrēts tikai svārstību darbs un nekādas reālas skaitļošanas darbības netika veiktas.

Iepriekš aprakstītajiem līdzīgi eksperimenti jau ir veikti. 2017. gadā pētījuma apraksts tika publicēts Nature Photonics, tostarp Mičiganas Universitātē ASV. Tur lāzera gaismas impulsi ar ilgumu 100 femtosekundes tika izlaisti cauri pusvadītāju kristālam, kontrolējot elektronu stāvokli. Parasti materiāla struktūrā radušās parādības bija līdzīgas iepriekš aprakstītajām. Tās ir kvantu sekas.

Vieglie čipsi un perovskīti

Darīt "kvantu lāzera datori » pret viņu izturas savādāk. Pagājušā gada oktobrī ASV, Japānas un Austrālijas pētnieku grupa demonstrēja vieglu skaitļošanas sistēmu. Kubitu vietā jaunā pieeja izmanto lāzera staru un pielāgotu kristālu fizisko stāvokli, lai pārveidotu starus īpašā gaismā, ko sauc par "saspiestu gaismu".

Lai klastera stāvoklis demonstrētu kvantu skaitļošanas potenciālu, lāzers ir jāmēra noteiktā veidā, un tas tiek panākts, izmantojot spoguļu, staru izstarotāju un optisko šķiedru kvantu tīklu (2). Šī pieeja ir parādīta nelielā mērogā, kas nenodrošina pietiekami lielu skaitļošanas ātrumu. Tomēr zinātnieki saka, ka modelis ir mērogojams, un lielākas struktūras galu galā varētu sasniegt kvantu priekšrocības salīdzinājumā ar izmantotajiem kvantu un binārajiem modeļiem.

2. Lāzera stari, kas iet cauri sapinies spoguļu tīklam

"Lai gan pašreizējie kvantu procesori ir iespaidīgi, nav skaidrs, vai tos var mērogot līdz ļoti lieliem izmēriem," atzīmē Science Today. Nikolass Menikuči, pētnieks Kvantu skaitļošanas un komunikācijas tehnoloģiju centrā (CQC2T) RMIT universitātē Melburnā, Austrālijā. "Mūsu pieeja sākas ar ārkārtēju mērogojamību, kas jau no paša sākuma ir iebūvēta mikroshēmā, jo procesors, ko sauc par klastera stāvokli, ir izgatavots no gaismas."

Jauni lāzeru veidi ir nepieciešami arī īpaši ātrām fotoniskajām sistēmām (skatīt arī:). Zinātnieki no Tālo Austrumu federālās universitātes (FEFU) kopā ar Krievijas kolēģiem no ITMO universitātes, kā arī zinātniekiem no Teksasas Universitātes Dalasā un Austrālijas Nacionālās universitātes 2019. gada martā žurnālā ACS Nano ziņoja, ka ir izstrādājuši efektīvs, ātrs un lēts ražošanas veids perovskīta lāzeri. To priekšrocība salīdzinājumā ar citiem veidiem ir tā, ka tie darbojas stabilāk, kas ir ļoti svarīgi optiskajām mikroshēmām.

“Mūsu halogenīdu lāzerdrukas tehnoloģija nodrošina vienkāršu, ekonomisku un ļoti kontrolētu veidu, kā masveidā ražot dažādus perovskīta lāzerus. Svarīgi atzīmēt, ka ģeometrijas optimizācija lāzerdrukas procesā pirmo reizi ļauj iegūt stabilus vienmoda perovskīta mikrolāzerus (3). Šādi lāzeri ir perspektīvi dažādu optoelektronisko un nanofotonisko ierīču, sensoru u.c. izstrādē,” publikācijā skaidroja FEFU centra pētnieks Aleksejs Žiščenko.

3. Perovskīta lāzera stari

Protams, personālos datorus “staigājam uz lāzeriem” mēs drīz neredzēsim. Līdz šim iepriekš aprakstītie eksperimenti ir koncepcijas pierādījumi, pat ne skaitļošanas sistēmu prototipi.

Tomēr gaismas un lāzera staru piedāvātie ātrumi ir pārāk kārdinoši pētniekiem un pēc tam inženieriem atteikties no šī ceļa.