ласерски компјутери

Фреквенцијата на часовникот од 1 GHz во процесорите е една милијарда операции во секунда. Многу, но најдобрите модели моментално достапни за просечниот потрошувач веќе постигнуваат неколку пати повеќе. Што ако се забрза... милион пати?

Ова е она што го ветува новата компјутерска технологија, користејќи импулси на ласерска светлина за префрлање помеѓу состојбите „1“ и „0“. Ова произлегува од едноставна пресметка квадрилиони пати во секунда.

Во експериментите спроведени во 2018 година и опишани во списанието Nature, истражувачите испукаа импулсни инфрацрвени ласерски зраци на саќе низи од волфрам и селен (1). Ова предизвика префрлување нула и една состојба во комбинираниот силиконски чип, исто како кај обичниот компјутерски процесор, само милион пати побрзо.

Како се случи тоа? Научниците го опишуваат графички, покажувајќи дека електроните во металното саќе се однесуваат „чудно“ (иако не толку). Возбудени, овие честички скокаат помеѓу различни квантни состојби, именувани од експериментаторите “псевдо-вртење ».

Истражувачите го споредуваат ова со траки за трчање изградени околу молекулите. Тие ги нарекуваат овие патеки „долини“ и ја опишуваат манипулацијата со овие состојби на вртење како „valleytronics » (S).

Електроните се возбудуваат со ласерски импулси. Во зависност од поларитетот на инфрацрвените импулси, тие „зафаќаат“ една од двете можни „долини“ околу атомите на металната решетка. Овие две состојби веднаш сугерираат употреба на феноменот во компјутерската логика нула-еден.

Скоковите на електроните се исклучително брзи, во фемтосекундни циклуси. И тука се крие тајната на неверојатната брзина на ласерски водените системи.

Покрај тоа, научниците тврдат дека поради физичките влијанија, овие системи се во некоја смисла во двете состојби во исто време (суперпозиција), што создава можности за Истражувачите нагласуваат дека сето тоа се случува во собна температурадодека повеќето постоечки квантни компјутери бараат системи од кјубити да се оладат до температури блиску до апсолутна нула.

„Долгорочно гледаме реална можност за создавање квантни уреди кои вршат операции побрзо од едно осцилирање на светлосниот бран“, се вели во изјавата на истражувачот. Руперт Хубер, професор по физика на Универзитетот во Регенсбург, Германија.

Сепак, научниците сè уште не извршиле вистински квантни операции на овој начин, така што идејата за квантен компјутер кој работи на собна температура останува чисто теоретска. Истото важи и за нормалната пресметковна моќ на овој систем. Беше прикажана само работата на осцилациите и не беа извршени вистински пресметковни операции.

Веќе се спроведени експерименти слични на оние опишани погоре. Во 2017 година, опис на студијата беше објавен во Nature Photonics, вклучително и на Универзитетот во Мичиген во САД. Таму, пулсирањата на ласерската светлина во траење од 100 фемтосекунди биле пренесени низ полупроводнички кристал, контролирајќи ја состојбата на електроните. Како по правило, феномените што се случуваат во структурата на материјалот беа слични на оние опишани претходно. Ова се квантните последици.

Лесни чипови и перовскити

направи"квантни ласерски компјутери » тој се третира поинаку. Минатиот октомври, американско-јапонско-австралиски истражувачки тим демонстрираше лесен компјутерски систем. Наместо кубити, новиот пристап ја користи физичката состојба на ласерските зраци и прилагодените кристали за да ги претвори зраците во посебен вид светлина наречена „компресирана светлина“.

За да може состојбата на кластерот да го демонстрира потенцијалот на квантното пресметување, ласерот мора да се мери на одреден начин, а тоа се постигнува со помош на квантно заплеткана мрежа од огледала, емитери на зрак и оптички влакна (2). Овој пристап е претставен во мал обем, што не обезбедува доволно високи пресметковни брзини. Сепак, научниците велат дека моделот е скалабилен, а поголемите структури на крајот би можеле да постигнат квантна предност во однос на користените квантни и бинарни модели.

2. Ласерски зраци кои минуваат низ заплеткана мрежа од огледала

„Иако сегашните квантни процесори се импресивни, не е јасно дали тие можат да се размерат до многу големи димензии“, забележува Science Today. Николас Меникучи, истражувач кој придонесува во Центарот за квантна компјутерска и комуникациска технологија (CQC2T) на Универзитетот RMIT во Мелбурн, Австралија. „Нашиот пристап започнува со екстремна приспособливост вградена во чипот од самиот почеток, бидејќи процесорот, наречен кластер држава, е направен од светлина.

Нови типови на ласери се потребни и за ултрабрзи фотонски системи (види исто така:). Научниците од Далечниот источен федерален универзитет (FEFU) - заедно со руски колеги од Универзитетот ITMO, како и научници од Универзитетот во Тексас во Далас и Австралискиот национален универзитет - објавија во март 2019 година во списанието ACS Nano дека развиле ефикасен, брз и евтин начин за производство перовскитни ласери. Нивната предност во однос на другите типови е што работат постабилно, што е од големо значење за оптичките чипови.

„Нашата технологија за ласерско печатење со халид обезбедува едноставен, економичен и високо контролиран начин за масовно производство на разновидни перовскитни ласери. Важно е да се напомене дека оптимизацијата на геометријата во процесот на ласерско печатење за прв пат овозможува да се добијат стабилни едномодни перовскитни микроласери (3). Ваквите ласери ветуваат развој на разни оптоелектронски и нанофотонски уреди, сензори итн.“, објасни во публикацијата Алексеј Жишченко, истражувач во центарот ФЕФУ.

3. Перовскит ласерски зраци

Се разбира, наскоро нема да видиме персонални компјутери „шетаат по ласери“. Додека експериментите опишани погоре се доказ за концепт, дури ни прототипови на компјутерски системи.

Сепак, брзините што ги нудат светлината и ласерските зраци се премногу примамливи за истражувачите, а потоа и инженерите, да го одбијат овој пат.