mga laser computer

Ang dalas ng orasan na 1 GHz sa mga processor ay isang bilyong operasyon bawat segundo. Marami, ngunit ang pinakamahusay na mga modelo na kasalukuyang magagamit sa karaniwang mamimili ay nakakamit nang maraming beses nang higit pa. Paano kung bumilis ito... isang milyong beses?

Ito ang ipinangako ng bagong teknolohiya sa pag-compute, gamit ang mga pulso ng laser light upang lumipat sa pagitan ng mga estadong "1" at "0". Ito ay sumusunod mula sa isang simpleng pagkalkula quadrillion beses bawat segundo.

Sa mga eksperimento na isinagawa noong 2018 at inilarawan sa journal Nature, ang mga mananaliksik ay nagpaputok ng mga pulsed infrared laser beam sa mga honeycomb array ng tungsten at selenium (1). Naging sanhi ito ng estado ng zero at isa na lumipat sa pinagsamang silicon chip, tulad ng sa isang maginoo na processor ng computer, isang milyong beses lamang na mas mabilis.

Paano ito nangyari? Inilarawan ito ng mga siyentipiko nang graphically, na nagpapakita na ang mga electron sa metal honeycombs ay kumikilos "kakaiba" (bagaman hindi gaanong). Nasasabik, ang mga particle na ito ay tumalon sa pagitan ng iba't ibang mga quantum state, na pinangalanan ng mga eksperimento "pseudo-spinning ».

Inihambing ito ng mga mananaliksik sa mga treadmill na binuo sa paligid ng mga molekula. Tinatawag nila ang mga track na ito na "mga lambak" at inilalarawan ang pagmamanipula ng mga umiikot na estado na ito bilang "valleytronics » (S).

Ang mga electron ay nasasabik sa pamamagitan ng mga pulso ng laser. Depende sa polarity ng infrared pulses, "sinasakop" nila ang isa sa dalawang posibleng "lambak" sa paligid ng mga atomo ng metal na sala-sala. Ang dalawang estadong ito ay agad na nagmumungkahi ng paggamit ng phenomenon sa zero-one na lohika ng computer.

Ang mga paglukso ng elektron ay napakabilis, sa mga femtosecond cycle. At narito ang lihim ng hindi kapani-paniwalang bilis ng mga sistemang ginagabayan ng laser.

Bilang karagdagan, pinagtatalunan ng mga siyentipiko na dahil sa mga pisikal na impluwensya, ang mga sistemang ito ay nasa ilang kahulugan sa parehong mga estado sa parehong oras (superposisyon), na lumilikha ng mga pagkakataon para sa Binibigyang-diin ng mga mananaliksik na ang lahat ng ito ay nangyayari sa temperatura ng silidhabang ang karamihan sa mga umiiral na quantum computer ay nangangailangan ng mga sistema ng mga qubit na palamigin sa mga temperaturang malapit sa absolute zero.

"Sa mahabang panahon, nakikita namin ang isang tunay na posibilidad ng paglikha ng mga quantum device na gumaganap ng mga operasyon nang mas mabilis kaysa sa isang solong oscillation ng isang light wave," sabi ng mananaliksik sa isang pahayag. Rupert Huber, propesor ng pisika sa Unibersidad ng Regensburg, Germany.

Gayunpaman, ang mga siyentipiko ay hindi pa nagsasagawa ng anumang mga tunay na operasyon ng quantum sa ganitong paraan, kaya ang ideya ng isang quantum computer na tumatakbo sa temperatura ng silid ay nananatiling teoretikal. Ang parehong naaangkop sa normal na kapangyarihan ng pag-compute ng system na ito. Tanging ang gawain ng mga oscillation ang ipinakita at walang totoong computational operations ang ginawa.

Ang mga eksperimento na katulad ng mga inilarawan sa itaas ay naisagawa na. Noong 2017, isang paglalarawan ng pag-aaral ang na-publish sa Nature Photonics, kabilang ang sa University of Michigan sa USA. Doon, ang mga pulso ng laser light na may tagal na 100 femtosecond ay dumaan sa isang semiconductor crystal, na kinokontrol ang estado ng mga electron. Bilang isang patakaran, ang mga phenomena na nagaganap sa istraktura ng materyal ay katulad sa mga inilarawan kanina. Ito ang mga quantum consequence.

Mga light chip at perovskite

gawin"quantum laser computers » iba ang pakikitungo sa kanya. Noong nakaraang Oktubre, nagpakita ang isang US-Japanese-Australian research team ng magaan na computing system. Sa halip na mga qubit, ginagamit ng bagong diskarte ang pisikal na estado ng mga laser beam at custom na kristal upang i-convert ang mga beam sa isang espesyal na uri ng liwanag na tinatawag na "compressed light."

Upang maipakita ng estado ng kumpol ang potensyal ng quantum computing, ang laser ay dapat masukat sa isang tiyak na paraan, at ito ay nakakamit gamit ang isang quantum-entangled network ng mga salamin, beam emitters at optical fibers (2). Ang diskarte na ito ay ipinakita sa isang maliit na sukat, na hindi nagbibigay ng sapat na mataas na bilis ng computational. Gayunpaman, sinasabi ng mga siyentipiko na ang modelo ay nasusukat, at ang mas malalaking istruktura ay maaaring makamit ang isang quantum advantage sa kabuuan at binary na mga modelong ginamit.

2. Mga laser beam na dumadaan sa gusot na network ng mga salamin

"Habang ang kasalukuyang mga processor ng quantum ay kahanga-hanga, hindi malinaw kung maaari silang i-scale sa napakalaking sukat," sabi ng Science Today. Nicolas Menicucci, isang nag-aambag na mananaliksik sa Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) sa RMIT University sa Melbourne, Australia. "Ang aming diskarte ay nagsisimula sa matinding scalability na binuo sa chip mula sa simula dahil ang processor, na tinatawag na cluster state, ay gawa sa liwanag."

Ang mga bagong uri ng laser ay kailangan din para sa ultrafast photonic system (tingnan din:). Ang mga siyentipiko mula sa Far Eastern Federal University (FEFU) — kasama ang mga kasamahang Ruso mula sa ITMO University, pati na rin ang mga siyentipiko mula sa University of Texas sa Dallas at sa Australian National University — ay nag-ulat noong Marso 2019 sa journal ACS Nano na sila ay nakabuo ng isang mahusay, mabilis at murang paraan sa paggawa perovskite lasers. Ang kanilang kalamangan sa iba pang mga uri ay gumagana ang mga ito nang mas matatag, na napakahalaga para sa mga optical chips.

“Ang aming halide laser printing technology ay nagbibigay ng simple, matipid, at lubos na kinokontrol na paraan para mass-produce ng iba't ibang perovskite lasers. Mahalagang tandaan na ang pag-optimize ng geometry sa proseso ng pag-print ng laser sa unang pagkakataon ay ginagawang posible na makakuha ng matatag na single-mode perovskite microlasers (3). Ang ganitong mga laser ay nangangako sa pagbuo ng iba't ibang optoelectronic at nanophotonic na aparato, sensor, atbp., "paliwanag ni Aleksey Zhishchenko, isang mananaliksik sa FEFU center, sa publikasyon.

3. Perovskite laser beam

Siyempre, hindi natin makikita ang mga personal na computer na "lumakad sa mga laser" sa lalong madaling panahon. Habang ang mga eksperimento na inilarawan sa itaas ay mga patunay ng konsepto, hindi kahit na mga prototype ng mga sistema ng computing.

Gayunpaman, ang mga bilis na inaalok ng mga light at laser beam ay masyadong nakatutukso para sa mga mananaliksik, at pagkatapos ay mga inhinyero, na tanggihan ang landas na ito.