lézeres számítógépek
A processzorok 1 GHz-es órajele másodpercenként egymilliárd művelet. Sokat, de az átlagfogyasztó számára jelenleg elérhető legjobb modellek már többszörösét érik el. Mi van, ha felgyorsul... milliószorosára?
Ezt ígéri az új számítástechnika, amely lézerfény impulzusokkal vált az „1” és „0” állapotok között. Ez egy egyszerű számításból következik kvadrillió alkalommal másodpercenként.
A 2018-ban elvégzett és a Nature folyóiratban ismertetett kísérletekben a kutatók impulzusos infravörös lézersugarat lőttek ki volfrám és szelén méhsejt-tömbjeire (1). Ez nulla és egy állapotváltást okozott a kombinált szilícium chipben, csakúgy, mint egy hagyományos számítógépes processzorban, csak milliószor gyorsabban.
Hogy történt? A tudósok grafikusan írják le, megmutatva, hogy a fém méhsejtjeiben lévő elektronok "furcsán" viselkednek (bár nem annyira). Ezek a részecskék izgatottan ugrálnak a különböző kvantumállapotok között, amelyeket a kísérletezők neveztek el."pszeudo spinning ».
A kutatók ezt a molekulák köré épített futópadokhoz hasonlítják. Ezeket a pályákat "völgyeknek" nevezik, és ezeknek a forgó állapotoknak a manipulálását a következőképpen írják le: "dolinatronika » (S).
Az elektronokat lézerimpulzusok gerjesztik. Az infravörös impulzusok polaritásától függően "elfoglalják" a két lehetséges "völgy" egyikét a fémrács atomjai körül. Ez a két állapot azonnal a jelenség nulla-egyes számítógépes logikában való felhasználását sugallja.
Az elektronugrások rendkívül gyorsak, femtoszekundumos ciklusokban. És itt rejlik a lézervezérelt rendszerek hihetetlen sebességének titka.
Ezenkívül a tudósok azzal érvelnek, hogy a fizikai hatások miatt ezek a rendszerek bizonyos értelemben mindkét állapotban egyszerre vannak (szuperpozíció), amely lehetőséget teremt arra A kutatók hangsúlyozzák, hogy mindez benn történik szobahőmérsékletmíg a legtöbb létező kvantumszámítógép megköveteli, hogy az abszolút nullához közeli hőmérsékletre hűtsük a qubit rendszereket.
"Hosszú távon valós lehetőséget látunk olyan kvantumeszközök létrehozására, amelyek gyorsabban hajtanak végre műveleteket, mint egy fényhullám egyetlen rezdülése" - áll a kutató közleményében. Rupert Huber, a németországi Regensburgi Egyetem fizikaprofesszora.
A tudósok azonban még nem hajtottak végre valódi kvantumműveleteket ilyen módon, így a szobahőmérsékleten működő kvantumszámítógép elképzelése pusztán elméleti marad. Ugyanez vonatkozik a rendszer normál számítási teljesítményére is. Csak az oszcillációk munkáját mutattuk be, valódi számítási műveleteket nem végeztünk.
A fent leírtakhoz hasonló kísérleteket már végeztek. A tanulmány leírása 2017-ben jelent meg a Nature Photonics folyóiratban, többek között az Egyesült Államokban, a Michigani Egyetemen is. Ott 100 femtomásodpercig tartó lézerfényimpulzusokat vezettek át egy félvezető kristályon, szabályozva az elektronok állapotát. Az anyag szerkezetében fellépő jelenségek általában hasonlóak voltak a korábban leírtakhoz. Ezek a kvantumkövetkezmények.
Könnyű forgács és perovskitek
csináldkvantumlézeres számítógépek » másképp kezelik. Tavaly októberben egy amerikai-japán-ausztrál kutatócsoport egy könnyű számítási rendszert mutatott be. A qubitek helyett az új megközelítés a lézersugarak és egyedi kristályok fizikai állapotát használja, hogy a nyalábokat egy speciális fénnyé, úgynevezett "sűrített fénnyel" alakítsa át.
Ahhoz, hogy a klaszter állapota demonstrálja a kvantumszámításban rejlő lehetőségeket, a lézert bizonyos módon mérni kell, és ezt tükrök, nyalábkibocsátók és optikai szálak kvantum-kuszált hálózatával kell elérni (2). Ezt a megközelítést kis léptékben mutatják be, ami nem biztosít kellően nagy számítási sebességet. A tudósok szerint azonban a modell méretezhető, és a nagyobb struktúrák végül kvantumelőnyt érhetnek el az alkalmazott kvantum- és bináris modellekkel szemben.
2. A tükör kusza hálózatán áthaladó lézersugarak
"Bár a jelenlegi kvantumprocesszorok lenyűgözőek, nem világos, hogy nagyon nagy méretre méretezhetők-e" - jegyzi meg a Science Today. Nicolas Menicucci, a Melbourne-i RMIT Egyetem Kvantumszámítási és Kommunikációs Technológiai Központjának (CQC2T) közreműködő kutatója. "Megközelítésünk a chipbe épített rendkívüli skálázhatósággal kezdődik, már a kezdetektől fogva, mivel a processzor, az úgynevezett cluster state, fényből épül fel."
Az ultragyors fotonikus rendszerekhez is új típusú lézerekre van szükség (lásd még:). A Távol-keleti Szövetségi Egyetem (FEFU) tudósai – az ITMO Egyetem orosz kollégáival, valamint a Dallasi Texasi Egyetem és az Ausztrál Nemzeti Egyetem tudósaival együtt – 2019 márciusában beszámoltak az ACS Nano folyóiratban, hogy kifejlesztettek egy hatékony, gyors és olcsó előállítási mód perovskit lézerek. Előnyük a többi típussal szemben, hogy stabilabban működnek, aminek nagy jelentősége van az optikai chipeknél.
„Halogenid lézernyomtatási technológiánk egyszerű, gazdaságos és szigorúan ellenőrzött módot kínál különféle perovskit lézerek tömeggyártására. Fontos megjegyezni, hogy a lézernyomtatási folyamatban a geometria optimalizálása először teszi lehetővé stabil egymódusú perovszkit mikrolézerek előállítását (3). Az ilyen lézerek ígéretesek a különféle optoelektronikai és nanofotonikus eszközök, érzékelők stb. fejlesztésében” – magyarázta a kiadványban Alekszej Zsicsenko, a FEFU központ kutatója.
3. Perovskit lézersugarak
Természetesen nem egyhamar láthatunk majd személyi számítógépeket „lézeren sétálni”. Míg a fent leírt kísérletek a koncepció bizonyítékai, még csak nem is a számítástechnikai rendszerek prototípusai.
A fény- és lézersugarak által kínált sebesség azonban túl csábító a kutatók, majd a mérnökök számára, hogy megtagadják ezt az utat.
