лазерни компютри

Тактовата честота от 1 GHz в процесорите е един милиард операции в секунда. Много, но най-добрите модели, налични в момента за обикновения потребител, вече постигат няколко пъти повече. Ами ако се ускори... милион пъти?

Това обещава новата изчислителна технология, използваща импулси от лазерна светлина за превключване между състояния "1" и "0". Това следва от просто изчисление квадрилион пъти в секунда.

В експерименти, проведени през 2018 г. и описани в списание Nature, изследователите изстреляха импулсни инфрачервени лазерни лъчи към масиви от пчелна пита от волфрам и селен (1). Това доведе до превключване на състоянието нула и единица в комбинирания силициев чип, точно както в конвенционален компютърен процесор, само милион пъти по-бързо.

Как се случи това? Учените го описват графично, показвайки, че електроните в металните пчелни пити се държат "странно" (макар и не толкова). Възбудени, тези частици скачат между различни квантови състояния, наречени от експериментатори "псевдо-въртене ».

Изследователите сравняват това с бягащи пътеки, изградени около молекули. Те наричат ​​тези следи "долини" и описват манипулирането на тези въртящи се състояния като "valleytronics » (С).

Електроните се възбуждат от лазерни импулси. В зависимост от полярността на инфрачервените импулси, те "заемат" една от двете възможни "долини" около атомите на металната решетка. Тези две състояния веднага предполагат използването на явлението в компютърна логика нула-едно.

Електронните скокове са изключително бързи, на фемтосекундни цикли. И тук се крие тайната на невероятната скорост на системите с лазерно насочване.

Освен това учените твърдят, че поради физически въздействия, тези системи са в известен смисъл и в двете състояния едновременно (суперпозиция), което създава възможности за Изследователите подчертават, че всичко това се случва в стайна температурадокато повечето съществуващи квантови компютри изискват системи от кубити да бъдат охладени до температури, близки до абсолютната нула.

„В дългосрочен план виждаме реална възможност за създаване на квантови устройства, които извършват операции по-бързо от едно трептене на светлинна вълна“, каза изследователят в изявление. Рупърт Хубер, професор по физика в университета в Регенсбург, Германия.

Въпреки това учените все още не са извършили реални квантови операции по този начин, така че идеята за квантов компютър, работещ при стайна температура, остава чисто теоретична. Същото важи и за нормалната изчислителна мощност на тази система. Беше демонстрирана само работата на трептенията и не бяха извършени реални изчислителни операции.

Вече са проведени експерименти, подобни на описаните по-горе. През 2017 г. описание на изследването е публикувано в Nature Photonics, включително в Университета на Мичиган в САЩ. Там импулси от лазерна светлина с продължителност 100 фемтосекунди се пропускаха през полупроводников кристал, контролиращ състоянието на електроните. По правило явленията, възникващи в структурата на материала, са подобни на описаните по-рано. Това са квантовите последствия.

Леки чипове и перовскити

направи "квантови лазерни компютри » той се третира по различен начин. Миналия октомври американско-японско-австралийски изследователски екип демонстрира лека изчислителна система. Вместо кубити, новият подход използва физическото състояние на лазерни лъчи и персонализирани кристали, за да преобразува лъчите в специален тип светлина, наречена "компресирана светлина".

За да може състоянието на клъстера да демонстрира потенциала на квантовите изчисления, лазерът трябва да бъде измерен по определен начин, като това се постига с помощта на квантово заплетена мрежа от огледала, излъчватели на лъч и оптични влакна (2). Този подход е представен в малък мащаб, който не осигурява достатъчно високи изчислителни скорости. Въпреки това учените казват, че моделът е мащабируем и по-големите структури биха могли в крайна сметка да постигнат квантово предимство пред използваните квантови и двоични модели.

2. Лазерни лъчи, преминаващи през заплетена мрежа от огледала

„Докато сегашните квантови процесори са впечатляващи, не е ясно дали могат да бъдат мащабирани до много големи размери“, отбелязва Science Today. Николас Меникучи, сътрудник в Центъра за квантови изчислителни и комуникационни технологии (CQC2T) към университета RMIT в Мелбърн, Австралия. „Нашият подход започва с изключителна мащабируемост, вградена в чипа от самото начало, защото процесорът, наречен състояние на клъстера, е направен от светлина.“

Необходими са и нови видове лазери за свръхбързи фотонни системи (вижте също:). Учени от Далекоизточния федерален университет (FEFU) — заедно с руски колеги от университета ITMO, както и учени от Тексаския университет в Далас и Австралийския национален университет — съобщиха през март 2019 г. в списанието ACS Nano, че са разработили ефективен, бърз и евтин начин за производство перовскитни лазери. Предимството им пред другите видове е, че работят по-стабилно, което е от голямо значение за оптичните чипове.

„Нашата технология за лазерен халогенен печат осигурява прост, икономичен и силно контролиран начин за масово производство на различни перовскитни лазери. Важно е да се отбележи, че оптимизирането на геометрията в процеса на лазерен печат дава възможност за първи път да се получат стабилни едномодови перовскитни микролазери (3). Такива лазери са многообещаващи при разработването на различни оптоелектронни и нанофотонни устройства, сензори и т.н.“, обяснява в публикацията Алексей Жищенко, изследовател в центъра на FEFU.

3. Перовскитни лазерни лъчи

Разбира се, скоро няма да видим персонални компютри „да ходят по лазери“. Досега описаните по-горе експерименти са доказателство за концепция, а не дори прототипи на изчислителни системи.

Въпреки това скоростите, предлагани от светлината и лазерните лъчи, са твърде примамливи за изследователите, а след това и за инженерите, за да откажат този път.