laserarvutid
Protsessorite taktsagedus 1 GHz on miljard toimingut sekundis. Palju, kuid parimad mudelid, mis praegu tavatarbijale saadaval on, saavutavad juba mitu korda rohkem. Mis siis, kui see kiireneb... miljon korda?
Seda lubab uus andmetöötlustehnoloogia, kasutades laservalguse impulsse olekute "1" ja "0" vahel vahetamiseks. See tuleneb lihtsast arvutusest kvadriljon korda sekundis.
2018. aastal läbi viidud katsetes, mida kirjeldati ajakirjas Nature, tulistasid teadlased impulss-infrapuna laserkiirtega volframi ja seleeni kärgstruktuuridele (1). See põhjustas kombineeritud ränikiibis nulli ja ühe oleku vahetuse, nagu tavalises arvutiprotsessoris, vaid miljon korda kiiremini.
Kuidas see juhtus? Teadlased kirjeldavad seda graafiliselt, näidates, et metallist kärgstruktuurides olevad elektronid käituvad "veidralt" (kuigi mitte nii palju). Need osakesed hüppavad põnevil erinevate kvantolekute vahel, mida katsetajad on nimetanud.pseudoketramine ».
Teadlased võrdlevad seda molekulide ümber ehitatud jooksulintidega. Nad kutsuvad neid radu "orgudeks" ja kirjeldavad nende pöörlemisolekutega manipuleerimist kui "valleytronics » (S).
Elektronid ergastatakse laserimpulssidega. Olenevalt infrapunaimpulsside polaarsusest "hõidavad" ühe kahest võimalikust "orust" metallvõre aatomite ümber. Need kaks olekut viitavad koheselt nähtuse kasutamisele null-üks arvutiloogikas.
Elektronide hüpped on ülikiired, femtosekundiliste tsüklitena. Ja siin peitub laseriga juhitavate süsteemide uskumatu kiiruse saladus.
Lisaks väidavad teadlased, et füüsiliste mõjude tõttu on need süsteemid mõnes mõttes mõlemas olekus korraga (superpositsioon), mis loob võimalused selleks Teadlased rõhutavad, et see kõik toimub aastal toatemperatuurilsamas kui enamik olemasolevaid kvantarvuteid nõuavad kubitisüsteemide jahutamist absoluutse nulli lähedase temperatuurini.
"Pikemas perspektiivis näeme reaalset võimalust luua kvantseadmeid, mis sooritavad toiminguid kiiremini kui üksainus valguslaine võnkumine," ütles teadlane avalduses. Rupert Huber, füüsikaprofessor Regensburgi ülikoolis Saksamaal.
Teadlased pole aga sel viisil veel ühtegi reaalset kvantoperatsiooni teinud, seega jääb idee toatemperatuuril töötavast kvantarvutist puhtalt teoreetiliseks. Sama kehtib ka selle süsteemi tavalise arvutusvõimsuse kohta. Demonstreeriti ainult võnkumiste tööd ja reaalseid arvutusoperatsioone ei tehtud.
Eespool kirjeldatuga sarnaseid katseid on juba tehtud. 2017. aastal avaldati uuringu kirjeldus ajakirjas Nature Photonics, sealhulgas USA-s Michigani ülikoolis. Seal lasti läbi pooljuhtkristalli 100 femtosekundit kestvad laservalguse impulsid, mis kontrollisid elektronide olekut. Materjali struktuuris esinevad nähtused olid reeglina sarnased varem kirjeldatutega. Need on kvanttagajärjed.
Kerged laastud ja perovskiidid
Tee"kvantlaserarvutid » teda koheldakse erinevalt. Möödunud aasta oktoobris demonstreeris USA-Jaapani-Austraalia uurimisrühm kerget arvutussüsteemi. Kubittide asemel kasutab uus lähenemine laserkiirte ja kohandatud kristallide füüsilist olekut, et muuta kiired spetsiaalseks valguseks, mida nimetatakse "kokkusurutud valguseks".
Selleks, et klastri olek demonstreeriks kvantarvutuse potentsiaali, tuleb laserit teatud viisil mõõta ja see saavutatakse peeglite, kiirkiirte ja optiliste kiudude kvantpõimunud võrgu abil (2). Seda lähenemisviisi esitatakse väikeses mahus, mis ei taga piisavalt suurt arvutuskiirust. Teadlaste sõnul on mudel aga skaleeritav ja suuremad struktuurid võivad lõpuks saavutada kvanteelise kasutatavate kvant- ja binaarmudelite ees.
2. Laserkiired, mis läbivad sassis peeglite võrgustikku
"Kuigi praegused kvantprotsessorid on muljetavaldavad, on ebaselge, kas neid saab skaleerida väga suurteks suurusteks," märgib Science Today. Nicolas Menicucci, Austraalias Melbourne'is asuva RMIT ülikooli kvantarvutite ja kommunikatsioonitehnoloogia keskuse (CQC2T) kaastööline teadlane. "Meie lähenemine algab äärmisest skaleeritavusest, mis on algusest peale kiibile sisse ehitatud, kuna protsessor, mida nimetatakse klastri olekuks, on valmistatud kergest."
Uut tüüpi lasereid on vaja ka ülikiirete fotooniliste süsteemide jaoks (vt ka:). Kaug-Ida föderaalülikooli (FEFU) teadlased koos Venemaa kolleegidega ITMO ülikoolist, samuti Dallase Texase ülikooli ja Austraalia riikliku ülikooli teadlased teatasid 2019. aasta märtsis ajakirjas ACS Nano, et nad on välja töötanud tõhus, kiire ja odav tootmisviis perovskiitlaserid. Nende eelis teiste tüüpide ees on stabiilsem töö, mis on optiliste kiipide puhul väga oluline.
„Meie halogeniidlaserprintimise tehnoloogia pakub lihtsat, ökonoomset ja hästi kontrollitud viisi mitmesuguste perovskiitlaserite masstootmiseks. Oluline on märkida, et geomeetria optimeerimine laserprintimise protsessis võimaldab esmakordselt saada stabiilseid ühemoodilisi perovskiitmikrolasereid (3). Sellised laserid on paljulubavad erinevate optoelektrooniliste ja nanofotooniliste seadmete, andurite jms arendamisel,” selgitas väljaandes FEFU keskuse teadur Aleksei Žištšenko.
3. Perovskiit laserkiired
Muidugi ei näe me niipea personaalarvuteid "laserite peal kõndimas". Seni on ülalkirjeldatud katsed kontseptsiooni tõestused, isegi mitte arvutussüsteemide prototüübid.
Valgus- ja laserkiirte pakutavad kiirused on aga teadlastele ja seejärel inseneridele liiga ahvatlevad, et sellest teest keelduda.
