ласерски рачунари

Фреквенција такта од 1 ГХз у процесорима је милијарду операција у секунди. Много, али најбољи модели који су тренутно доступни просечном потрошачу већ постижу неколико пута више. Шта ако се убрза... милион пута?

То је оно што нова рачунарска технологија обећава, користећи импулсе ласерске светлости за пребацивање између стања "1" и "0". Ово следи из једноставне рачунице квадрилион пута у секунди.

У експериментима спроведеним 2018. и описаним у часопису Натуре, истраживачи су испалили пулсне инфрацрвене ласерске зраке на саћасте низове волфрама и селена (1). Ово је изазвало пребацивање нула и једног стања у комбинованом силицијумском чипу, баш као у конвенционалном рачунарском процесору, само милион пута брже.

Како се то догодило? Научници то описују графички, показујући да се електрони у металном саћу понашају "чудно" (иако не толико). Узбуђене, ове честице скачу између различитих квантних стања, које су експериментатори назвали "псеудо-предење ».

Истраживачи ово упоређују са тракама за трчање изграђеним око молекула. Они називају ове трагове "долинама" и описују манипулацију овим вртећим државама као "долинатроница » (С).

Електрони се побуђују ласерским импулсима. У зависности од поларитета инфрацрвених импулса, они "заузимају" једну од две могуће "долине" око атома металне решетке. Ова два стања одмах сугеришу употребу феномена у компјутерској логици нула-један.

Скокови електрона су изузетно брзи, у фемтосекундним циклусима. И ту лежи тајна невероватне брзине ласерски вођених система.

Поред тога, научници тврде да су због физичких утицаја ови системи на неки начин у оба стања истовремено (суперпозиција), што ствара могућности за Истраживачи наглашавају да се све ово дешава у собна температурадок већина постојећих квантних рачунара захтева да се системи кубита охладе на температуре близу апсолутне нуле.

„Дугорочно, видимо реалну могућност стварања квантних уређаја који обављају операције брже од једне осцилације светлосног таласа“, рекао је истраживач у изјави. Руперт Хубер, професор физике на Универзитету у Регензбургу, Немачка.

Међутим, научници још нису извршили никакве праве квантне операције на овај начин, тако да идеја о квантном рачунару који ради на собној температури остаје чисто теоретска. Исто важи и за нормалну рачунарску снагу овог система. Приказан је само рад осцилација и нису изведене праве рачунске операције.

Експерименти слични онима описаним већ су спроведени. У 2017, опис студије је објављен у Натуре Пхотоницс, укључујући и на Универзитету у Мичигену у САД. Тамо су импулси ласерске светлости у трајању од 100 фемтосекунди прошли кроз полупроводнички кристал, контролишући стање електрона. По правилу, појаве које се јављају у структури материјала биле су сличне онима описаним раније. Ово су квантне последице.

Лаки чипс и перовскити

Урадите "квантни ласерски рачунари » третира се другачије. Прошлог октобра, америчко-јапанско-аустралски истраживачки тим је демонстрирао лагани рачунарски систем. Уместо кубита, нови приступ користи физичко стање ласерских зрака и прилагођених кристала за претварање зрака у посебну врсту светлости која се зове „компримована светлост“.

Да би стање кластера показало потенцијал квантног рачунарства, ласер мора бити измерен на одређени начин, а то се постиже помоћу квантно-замршене мреже огледала, емитера зрака и оптичких влакана (2). Овај приступ је представљен у малом обиму, који не обезбеђује довољно велике брзине рачунања. Међутим, научници кажу да је модел скалабилан и да би веће структуре на крају могле постићи квантну предност над квантним и бинарним моделима који се користе.

2. Ласерски зраци који пролазе кроз замршену мрежу огледала

„Иако су тренутни квантни процесори импресивни, нејасно је да ли се могу повећати на веома велике величине“, примећује Сциенце Тодаи. Ницолас Меницуцци, истраживач сарадник у Центру за квантно рачунарство и комуникациону технологију (ЦКЦ2Т) на Универзитету РМИТ у Мелбурну, Аустралија. „Наш приступ почиње са екстремном скалабилношћу уграђеном у чип од самог почетка јер је процесор, који се назива стање кластера, направљен од светлости.

Нови типови ласера ​​су такође потребни за ултрабрзе фотонске системе (види такође:). Научници са Далекоисточног федералног универзитета (ФЕФУ) — заједно са руским колегама са Универзитета ИТМО, као и научницима са Универзитета Тексас у Даласу и Аустралијског националног универзитета — објавили су у марту 2019. у часопису АЦС Нано да су развили ефикасан, брз и јефтин начин производње перовскитни ласери. Њихова предност у односу на друге типове је у томе што раде стабилније, што је од великог значаја за оптичке чипове.

„Наша технологија халогеног ласерског штампања пружа једноставан, економичан и високо контролисан начин масовне производње разних перовскитних ласера. Важно је напоменути да оптимизација геометрије у процесу ласерске штампе по први пут омогућава добијање стабилних једномодних перовскитних микроласера ​​(3). Такви ласери обећавају у развоју различитих оптоелектронских и нанофотонских уређаја, сензора итд.“, објаснио је Алексеј Жишченко, истраживач центра ФЕФУ, у публикацији.

3. Перовскит ласерски зраци

Наравно, нећемо ускоро видети персоналне рачунаре да „ходе по ласерима“. Док су горе описани експерименти доказ концепта, чак ни прототипови рачунарских система.

Међутим, брзине које нуде светлост и ласерски зраци су превише примамљиве да би истраживачи, а потом и инжењери, одбили овај пут.