laser tölvur

Klukkutíðni 1 GHz í örgjörvum er einn milljarður aðgerða á sekúndu. Mikið, en bestu módelin sem nú eru fáanleg fyrir meðalneytendur eru nú þegar að ná nokkrum sinnum meira. Hvað ef það flýtir... milljón sinnum?

Þetta er það sem ný tölvutækni lofar sem notar púls af leysiljósi til að skipta á milli stöðu "1" og "0". Þetta leiðir af einföldum útreikningi fjórmilljón sinnum á sekúndu.

Í tilraunum sem gerðar voru árið 2018 og lýst er í tímaritinu Nature, skutu vísindamenn púlsuðum innrauðum leysigeislum á hunangsseimfylki af wolfram og seleni (1). Þetta varð til þess að núll og einn skiptust í sameinuðu kísilflögunni, rétt eins og í hefðbundnum tölvuörgjörva, aðeins milljón sinnum hraðar.

Hvernig gerðist það? Vísindamennirnir lýsa því á myndrænan hátt og sýna að rafeindirnar í hunangsseimunum úr málmi hegða sér „furðulega“ (þó ekki eins mikið). Spendar hoppa þessar agnir á milli mismunandi skammtaástanda, nefndir af tilraunamönnum "gervi-snúningur ».

Rannsakendur bera þetta saman við hlaupabretti sem eru byggð utan um sameindir. Þeir kalla þessi lög „dalir“ og lýsa meðhöndlun þessara snúningsástanda sem „valleytronics » (S).

Rafeindir eru örvaðar af leysipúlsum. Það fer eftir pólun innrauða púlsanna, þeir "nema" einn af tveimur mögulegum "dölum" í kringum atóm málmgrindarinnar. Þessi tvö ríki benda strax til notkunar fyrirbærisins í núll-einn tölvurökfræði.

Rafeindastökkin eru mjög hröð, í fimmtósekúndulotum. Og hér liggur leyndarmál hins ótrúlega hraða leysistýrðra kerfa.

Að auki halda vísindamenn því fram að vegna líkamlegra áhrifa séu þessi kerfi í einhverjum skilningi í báðum ríkjum á sama tíma (yfirsetning), sem skapar tækifæri fyrir Rannsakendur leggja áherslu á að allt þetta gerist í stofuhitiá meðan flestar núverandi skammtatölvur krefjast þess að kerfi qubita séu kæld niður í hitastig nálægt algjöru núlli.

„Til lengri tíma litið sjáum við raunverulegan möguleika á því að búa til skammtafræðitæki sem framkvæma aðgerðir hraðar en einni sveiflu ljósbylgju,“ sagði rannsakandinn í yfirlýsingu. Rupert Huber, prófessor í eðlisfræði við háskólann í Regensburg, Þýskalandi.

Hins vegar hafa vísindamenn ekki enn framkvæmt neinar raunverulegar skammtaaðgerðir á þennan hátt, þannig að hugmyndin um skammtatölvu sem starfar við stofuhita er eingöngu fræðileg. Sama á við um eðlilega tölvugetu þessa kerfis. Aðeins var sýnt fram á vinnu sveiflna og engar raunverulegar reikniaðgerðir voru gerðar.

Tilraunir svipaðar þeim sem lýst er hér að ofan hafa þegar verið gerðar. Árið 2017 var lýsing á rannsókninni birt í Nature Photonics, meðal annars við háskólann í Michigan í Bandaríkjunum. Þar fóru púlsar af leysiljósi sem stóðu í 100 femtósekúndur í gegnum hálfleiðarakristal sem stjórnaði ástandi rafeindanna. Að jafnaði voru fyrirbærin sem komu fram í uppbyggingu efnisins svipuð þeim sem lýst er hér að framan. Þetta eru skammtafræðilegar afleiðingarnar.

Léttar franskar og perovskites

Gerðu"skammtaleysistölvur » hann er meðhöndlaður öðruvísi. Í október síðastliðnum sýndi bandarískt, japanskt og ástralskt rannsóknarteymi létt tölvukerfi. Í stað qubita notar nýja nálgunin líkamlegt ástand leysigeisla og sérsniðinna kristalla til að breyta geislunum í sérstaka tegund ljóss sem kallast "þjappað ljós."

Til þess að ástand klasans geti sýnt fram á möguleika skammtafræðinnar þarf að mæla leysirinn á ákveðinn hátt og það er gert með því að nota skammtaflókið net spegla, geislagjafa og ljósleiðara (2). Þessi nálgun er sett fram á litlum mælikvarða, sem veitir ekki nægilega mikinn útreikningshraða. Hins vegar segja vísindamennirnir að líkanið sé skalanlegt og stærri mannvirki gætu á endanum náð skammtafræðilegu forskoti á skammta- og tvíundarlíkönin sem notuð eru.

2. Lasergeislar sem fara í gegnum flækt net spegla

„Þó að núverandi skammtaörgjörvar séu áhrifamiklir er óljóst hvort hægt sé að stækka þá í mjög stórar stærðir,“ segir Science Today. Nicolas Menicucci, fræðimaður sem leggur sitt af mörkum við Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) við RMIT háskólann í Melbourne, Ástralíu. „Nálgun okkar byrjar með mikilli sveigjanleika sem er innbyggður í flöguna frá upphafi vegna þess að örgjörvinn, sem kallast klasaástand, er úr ljósi.

Einnig er þörf á nýjum tegundum leysigeisla fyrir ofurhröð ljóseindakerfi (sjá einnig:). Vísindamenn frá Far Eastern Federal University (FEFU) - ásamt rússneskum samstarfsmönnum frá ITMO háskólanum, auk vísindamanna frá Texas-háskólanum í Dallas og Australian National University - greindu frá því í mars 2019 í tímaritinu ACS Nano að þeir hefðu þróað skilvirk, hröð og ódýr leið til að framleiða perovskite leysir. Kostur þeirra umfram aðrar gerðir er að þeir virka stöðugri, sem skiptir miklu máli fyrir sjónflögur.

„Halíð leysiprentunartækni okkar veitir einfalda, hagkvæma og mjög stjórnaða leið til að fjöldaframleiða margs konar perovskite leysigeisla. Það er mikilvægt að hafa í huga að rúmfræði fínstilling í leysiprentunarferlinu gerir það mögulegt í fyrsta skipti að fá stöðuga einhams perovskite örleysis (3). Slíkir leysir lofa góðu við þróun ýmissa ljós- og nanóljóstækja, skynjara osfrv.,“ útskýrði Aleksey Zhishchenko, vísindamaður við FEFU miðstöðina, í ritinu.

3. Perovskite leysigeislar

Auðvitað munum við ekki sjá einkatölvur „ganga á leysi“ fljótlega. Enn sem komið er eru tilraunirnar sem lýst er hér að ofan sönnun fyrir hugmyndinni, ekki einu sinni frumgerðir af tölvukerfum.

Hins vegar er hraðinn sem ljós- og leysigeislar bjóða upp á of freistandi fyrir vísindamenn, og síðan verkfræðinga, til að hafna þessari leið.