laser rekenaars
Die klokfrekwensie van 1 GHz in verwerkers is een miljard bewerkings per sekonde. Baie, maar die beste modelle wat tans vir die gemiddelde verbruiker beskikbaar is, bereik reeds verskeie kere meer. Wat as dit versnel ... 'n miljoen keer meer?
Dit is wat nuwe rekenaartegnologie belowe, met behulp van pulse van laserlig om tussen toestande "1" en "0" te skakel. Dit volg uit 'n eenvoudige berekening kwdriljoen keer per sekonde.
In eksperimente wat in 2018 uitgevoer is en in die joernaal Nature beskryf is, het navorsers gepulseerde infrarooi laserstrale op heuningkoekskikkings van wolfram en selenium afgevuur (1). Dit het veroorsaak dat die toestand van nul en een in die gekombineerde silikonskyfie, net soos in 'n konvensionele rekenaarverwerker, net 'n miljoen keer vinniger oorgeskakel het.
Hoe het dit gebeur? Die wetenskaplikes beskryf dit grafies, wat wys dat die elektrone in die metaal heuningkoeke "vreemd" optree (hoewel nie soveel nie). Opgewonde spring hierdie deeltjies tussen verskillende kwantumtoestande, benoem deur eksperimenteerders "pseudo-spin ».
Die navorsers vergelyk dit met trapmeulens wat rondom molekules gebou is. Hulle noem hierdie spore "valleie" en beskryf die manipulasie van hierdie draaiende toestande as "valleytronics » (S).
Elektrone word deur laserpulse opgewek. Afhangende van die polariteit van die infrarooi pulse, "beset" hulle een van twee moontlike "valleie" rondom die atome van die metaalrooster. Hierdie twee toestande suggereer onmiddellik die gebruik van die verskynsel in nul-een rekenaarlogika.
Die elektronspronge is uiters vinnig, in femtosekonde-siklusse. En hier lê die geheim van die ongelooflike spoed van lasergeleide stelsels.
Daarbenewens argumenteer wetenskaplikes dat hierdie sisteme as gevolg van fisiese invloede in 'n sekere sin in beide state op dieselfde tyd (superposisie), wat geleenthede skep vir Die navorsers beklemtoon dat dit alles gebeur in kamertemperatuurterwyl die meeste bestaande kwantumrekenaars vereis dat stelsels qubits afgekoel word tot temperature naby aan absolute nul.
"Op die lang termyn sien ons 'n werklike moontlikheid om kwantumtoestelle te skep wat bewerkings vinniger uitvoer as 'n enkele ossillasie van 'n liggolf," het die navorser in 'n verklaring gesê. Rupert Huber, professor in fisika aan die Universiteit van Regensburg, Duitsland.
Wetenskaplikes het egter nog geen werklike kwantumbewerkings op hierdie manier uitgevoer nie, so die idee van 'n kwantumrekenaar wat by kamertemperatuur werk, bly suiwer teoreties. Dieselfde geld vir die normale rekenaarkrag van hierdie stelsel. Slegs die werk van ossillasies is gedemonstreer en geen werklike berekeningsbewerkings is uitgevoer nie.
Eksperimente soortgelyk aan dié wat hierbo beskryf is, is reeds uitgevoer. In 2017 is ’n beskrywing van die studie in Nature Photonics gepubliseer, onder meer by die Universiteit van Michigan in die VSA. Daar is pulse van laserlig met 'n duur van 100 femtosekondes deur 'n halfgeleierkristal gevoer, wat die toestand van die elektrone beheer. As 'n reël was die verskynsels wat in die struktuur van die materiaal voorkom soortgelyk aan dié wat vroeër beskryf is. Dit is die kwantumgevolge.
Ligte skyfies en perovskiete
Doen"kwantum laser rekenaars » hy word anders behandel. Verlede Oktober het 'n VSA-Japannese-Australiese navorsingspan 'n liggewig rekenaarstelsel gedemonstreer. In plaas van qubits, gebruik die nuwe benadering die fisiese toestand van laserstrale en pasgemaakte kristalle om die strale om te skakel in 'n spesiale tipe lig wat "saamgeperste lig" genoem word.
Ten einde die toestand van die groepering die potensiaal van kwantumberekening te demonstreer, moet die laser op 'n sekere manier gemeet word, en dit word bereik met behulp van 'n kwantumverstrengelde netwerk van spieëls, straaluitstralers en optiese vesels (2). Hierdie benadering word op 'n klein skaal aangebied, wat nie voldoende hoë berekeningsspoed verskaf nie. Die wetenskaplikes sê egter die model is skaalbaar, en groter strukture kan uiteindelik 'n kwantumvoordeel behaal bo die kwantum- en binêre modelle wat gebruik word.
2. Laserstrale wat deur 'n verstrengelde netwerk van spieëls gaan
"Terwyl huidige kwantumverwerkers indrukwekkend is, is dit onduidelik of hulle tot baie groot groottes geskaal kan word," merk Science Today op. Nicolas Menicucci, 'n bydraende navorser by die Sentrum vir Kwantumrekenaar- en Kommunikasietegnologie (CQC2T) by RMIT Universiteit in Melbourne, Australië. "Ons benadering begin met uiterste skaalbaarheid wat van die begin af in die skyfie ingebou is omdat die verwerker, wat die groepstaat genoem word, van lig gemaak is."
Nuwe soorte lasers is ook nodig vir ultravinnige fotoniese stelsels (sien ook:). Wetenskaplikes van die Verre Oosterse Federale Universiteit (FEFU) – saam met Russiese kollegas van ITMO Universiteit, sowel as wetenskaplikes van die Universiteit van Texas in Dallas en die Australiese Nasionale Universiteit – het in Maart 2019 in die joernaal ACS Nano berig dat hulle 'n doeltreffende, vinnige en goedkoop manier om te produseer perovskiet lasers. Hul voordeel bo ander tipes is dat hulle meer stabiel werk, wat van groot belang is vir optiese skyfies.
“Ons halied laserdruktegnologie bied 'n eenvoudige, ekonomiese en hoogs beheerde manier om 'n verskeidenheid perovskietlasers in massa te vervaardig. Dit is belangrik om daarop te let dat geometrie-optimalisering in die laserdrukproses dit vir die eerste keer moontlik maak om stabiele enkelmodus perovskiet-mikrolasers te verkry (3). Sulke lasers is belowend in die ontwikkeling van verskeie opto-elektroniese en nanofotoniese toestelle, sensors, ens.,” het Aleksey Zhishchenko, ’n navorser by die FEFU-sentrum, in die publikasie verduidelik.
3. Perovskiet laserstrale
Natuurlik sal ons nie binnekort persoonlike rekenaars sien “loop op lasers” nie. Tot dusver is die eksperimente wat hierbo beskryf is, bewyse van konsep, nie eers prototipes van rekenaarstelsels nie.
Die snelhede wat lig- en laserstrale bied, is egter te aanloklik vir navorsers, en dan ingenieurs, om hierdie pad te weier.
