lazeriniai kompiuteriai

1 GHz taktinis dažnis procesoriuose yra milijardas operacijų per sekundę. Daug, bet geriausi šiuo metu vidutiniam vartotojui prieinami modeliai jau pasiekia kelis kartus daugiau. O jeigu jis pagreitės... milijoną kartų?

Tai žada naujoji skaičiavimo technologija, naudojanti lazerio šviesos impulsus, kad perjungtų būsenas „1“ ir „0“. Tai išplaukia iš paprasto skaičiavimo kvadrilijonus kartų per sekundę.

2018 m. atliktais eksperimentais, aprašytais žurnale Nature, mokslininkai impulsiniais infraraudonųjų spindulių lazerio spinduliais paleido volframo ir seleno korio matricas (1). Tai sukėlė nulio ir vienos būsenos perjungimą kombinuotoje silicio mikroschemoje, kaip ir įprastame kompiuterio procesoriuje, tik milijoną kartų greičiau.

Kaip tai nutiko? Mokslininkai tai apibūdina grafiškai, parodydami, kad elektronai metaliniame koryje elgiasi „keistai“ (nors ir ne taip). Susijaudinusios šios dalelės šokinėja tarp skirtingų kvantinių būsenų, kurias pavadino eksperimentatoriai.pseudo sukimasis ».

Tyrėjai tai lygina su bėgimo takeliais, pastatytais aplink molekules. Jie vadina šiuos takelius „slėniais“ ir manipuliavimą šiomis besisukančiomis būsenomis apibūdina kaip „dolinatronika » (S).

Elektronai sužadinami lazerio impulsais. Priklausomai nuo infraraudonųjų spindulių impulsų poliškumo, jie „užima“ vieną iš dviejų galimų „slėnių“ aplink metalinės gardelės atomus. Šios dvi būsenos iš karto siūlo reiškinį panaudoti nulinio vieneto kompiuterinėje logikoje.

Elektronų šuoliai yra labai greiti, femtosekundžių ciklais. Ir čia slypi neįtikėtino lazeriu valdomų sistemų greičio paslaptis.

Be to, mokslininkai teigia, kad dėl fizinio poveikio šios sistemos tam tikra prasme yra abiejose būsenose tuo pačiu metu (superpozicija), kuri sukuria galimybes Tyrėjai pabrėžia, kad visa tai vyksta kambario temperatūratuo tarpu daugumai esamų kvantinių kompiuterių reikia, kad kubitų sistemos būtų atvėsintos iki temperatūros, artimos absoliučiam nuliui.

„Ilgalaikėje perspektyvoje matome realią galimybę sukurti kvantinius įrenginius, kurie veiktų greičiau nei vienas šviesos bangos svyravimas“, – sakoma mokslininko pranešime. Rupertas Huberis, fizikos profesorius Regensburgo universitete, Vokietijoje.

Tačiau mokslininkai šiuo būdu dar neatliko jokių realių kvantinių operacijų, todėl kvantinio kompiuterio, veikiančio kambario temperatūroje, idėja lieka grynai teorinė. Tas pats pasakytina ir apie įprastą šios sistemos skaičiavimo galią. Buvo pademonstruotas tik svyravimų darbas, o realių skaičiavimo operacijų neatlikta.

Eksperimentai, panašūs į aprašytus aukščiau, jau buvo atlikti. 2017 metais žurnale „Nature Photonics“, įskaitant Mičigano universitete, JAV, buvo paskelbtas tyrimo aprašymas. Ten per puslaidininkinį kristalą buvo praleisti lazerio šviesos impulsai, trukę 100 femtosekundžių, valdydami elektronų būseną. Paprastai medžiagos struktūroje vykstantys reiškiniai buvo panašūs į aprašytus anksčiau. Tai yra kvantinės pasekmės.

Lengvi lustai ir perovskitai

Daryk "kvantiniai lazeriniai kompiuteriai » su juo elgiamasi kitaip. Praėjusį spalį JAV, Japonijos ir Australijos mokslininkų komanda pademonstravo lengvą skaičiavimo sistemą. Vietoj kubitų, naujasis metodas naudoja lazerio spindulių ir pasirinktinių kristalų fizinę būseną, kad spindulius paverstų specialia šviesa, vadinama „suspausta šviesa“.

Kad klasterio būsena parodytų kvantinio skaičiavimo potencialą, lazeris turi būti matuojamas tam tikru būdu, o tai pasiekiama naudojant veidrodžių, spindulių skleidėjų ir optinių skaidulų kvantinį tinklą (2). Šis metodas pateikiamas nedideliu mastu, kuris neužtikrina pakankamai didelio skaičiavimo greičio. Tačiau mokslininkai teigia, kad modelis yra keičiamo dydžio, o didesnės struktūros galiausiai gali pasiekti kvantinį pranašumą, palyginti su naudojamais kvantiniais ir dvejetainiais modeliais.

2. Lazerio spinduliai, einantys per susivėlusį veidrodžių tinklą

„Nors dabartiniai kvantiniai procesoriai yra įspūdingi, neaišku, ar juos galima padidinti iki labai didelių dydžių“, – pažymi „Science Today“. Nicolas Menicucci, Melburno, Australijos, RMIT universiteto Kvantinės skaičiavimo ir ryšių technologijų centro (CQC2T) tyrėjas. „Mūsų požiūris prasideda nuo ypatingo mastelio, įmontuoto į lustą nuo pat pradžių, nes procesorius, vadinamas klasterio būsena, yra pagamintas iš šviesos.

Naujų tipų lazeriai reikalingi ir itin greitoms fotoninėms sistemoms (taip pat žr.:). Tolimųjų Rytų federalinio universiteto (FEFU) mokslininkai kartu su Rusijos kolegomis iš ITMO universiteto, taip pat mokslininkais iš Teksaso universiteto Dalaso ir Australijos nacionalinio universiteto 2019 m. kovo mėn. žurnale ACS Nano pranešė, kad sukūrė efektyvus, greitas ir pigus gamybos būdas perovskito lazeriai. Jų pranašumas prieš kitus tipus yra tas, kad jie veikia stabiliau, o tai turi didelę reikšmę optiniams lustams.

„Mūsų halogenidinio lazerinio spausdinimo technologija yra paprastas, ekonomiškas ir labai kontroliuojamas būdas masiškai gaminti įvairius perovskito lazerius. Svarbu pažymėti, kad pirmą kartą lazerinio spausdinimo procese optimizavus geometriją, galima gauti stabilius vienmodžius perovskito mikrolazerius (3). Tokie lazeriai yra perspektyvūs kuriant įvairius optoelektroninius ir nanofotoninius prietaisus, jutiklius ir kt.“, – publikacijoje aiškino FEFU centro mokslininkas Aleksejus Žiščenko.

3. Perovskito lazerio spinduliai

Žinoma, asmeninius kompiuterius, „vaikštančius lazeriais“, pamatysime dar negreitai. Nors aukščiau aprašyti eksperimentai yra koncepcijos įrodymai, net ne kompiuterinių sistemų prototipai.

Tačiau šviesos ir lazerio spindulių siūlomi greičiai yra pernelyg viliojantys tyrėjams, o vėliau ir inžinieriams, kad atsisakytų šio kelio.