«В 100 000 раз быстрее»: ультракороткие световые импульсы в вычислительной технике

Команда ученых показала, что ультракороткие настраиваемые световые импульсы длительностью в несколько фемтосекунд позволят в будущем создать компьютеры, которые работают в 100 тыс. раз быстрее современных электронных систем.

/ Flickr / Gill E / CC

С помощью разработанного метода учение нашли способ перемещать электроны быстрее, чем сейчас это делает ток. «Это шаг навстречу так называемой оптической электронике и квантовым вычислениям», — говорит профессор Макилло Кира (Mackillo Kira), принимающий участие в исследовании.

Электроны, проходящие по полупроводникам в компьютере, иногда сталкиваются с другими электронами, высвобождая энергию в форме тепла. Новая концепция предполагает, что электронами можно управлять с помощью ультрабыстрых лазерных импульсов. Такой разгон приводит к снижению статистической вероятности их столкновения (практически до нуля).

«За последние несколько лет мы и другие группы ученых убедились, что переменное электрическое поле ультракоротких лазерных импульсов может перемещать электроны в твердых телах, — рассказывает Руперт Хубер (Rupert Huber), профессор физики Регенсбургского университета. — Все сообщество было взбудоражено, поскольку, используя эту особенность, мы можем создать компьютеры, работающие на беспрецедентных частотах».

Эта новая работа — шаг вперед к возможности мобилизации групп электронов внутри полупроводникового кристалла, используя терагерцовое излучение — часть электромагнитного спектра между микроволнами и инфракрасным излучением.

Исследователи направили лазерные импульсы в кристалл селенида галлия. Импульсы были длительностью не более 100 фемтосекунд. Каждый импульс переводил электроны в полупроводнике на более высокий энергетический уровень, позволяя им свободно двигаться, и перемещал по кристаллу. На движение электронов влияло расположение полупроводника, например, они могли перемещаться вдоль атомных связей или между таковыми.

При этом внутри кристалла их скорость была достаточно высокой, чтобы делать «снимки» других электронов, при пролете мимо них. Ученые уверены, что эта особенность позволит записывать информацию на электроны и считывать её.

«Еще мы сумели перевести электрон одновременно в два возбужденных состояния, — сказал профессор Макилло Кира. — Это уже квантовая область».

Электрон настолько мал, что ведет себя как волна и частица. При переходе в возбужденное состояние, длина волны меняется. Поскольку электрон находился в двух возбужденных состояниях одновременно, волны интерферировали друг с другом и оставили «отпечаток» на кратковременном импульсе, выпущенном электроном.

Ученые убеждены, что концепция может быть использована для проведения квантовых вычислений, используя электроны в возбуждённом состоянии как кубиты.

О чем еще мы пишем в нашем блоге Vas Experts:

• «Меньше некуда»: ученые из IBM сохранили информацию в атоме
• «Начало конца»: адреса IPv4 действительно заканчиваются
• Немного об истории CAPTCHA
• Новые возможности продукта СКАТ DPI 6.0 «Севастополь» от VAS Experts
• Преимущества использования расширенной функциональности СКАТ DPI
• Библиотека администратора систем глубокого анализа трафика (DPI)
• DPI система СКАТ в качестве L3 BRAS