lasertietokoneet
Prosessorien 1 GHz:n kellotaajuus on miljardi operaatiota sekunnissa. Paljon, mutta parhaimmat keskivertokuluttajan tällä hetkellä saatavilla olevat mallit saavuttavat jo useita kertoja enemmän. Entä jos se kiihtyy... miljoona kertaa?
Tämän lupaa uusi laskentatekniikka, jossa laservalopulsseja vaihdetaan tilojen "1" ja "0" välillä. Tämä seuraa yksinkertaisesta laskelmasta kvadriljoonaa kertaa sekunnissa.
Vuonna 2018 tehdyissä ja Nature-lehdessä kuvailluissa kokeissa tutkijat ampuivat pulssi-infrapunalasersäteitä volframia ja seleeniä sisältäviin hunajakennoryhmiin (1). Tämä sai tilan nolla ja yksi vaihtamaan yhdistetyssä piisirussa, aivan kuten perinteisessä tietokoneen prosessorissa, vain miljoona kertaa nopeammin.
Miten se tapahtui? Tiedemiehet kuvaavat sitä graafisesti osoittaen, että metallikennoissa olevat elektronit käyttäytyvät "oudosti" (tosin ei niin paljon). Innostuneena nämä hiukkaset hyppäävät kokeilijoiden nimeämien kvanttitilojen välillä.pseudopyöräily ».
Tutkijat vertaavat tätä molekyylien ympärille rakennettuihin juoksumattoihin. He kutsuvat näitä raitoja "laaksoiksi" ja kuvailevat näiden pyörivien tilojen manipulointia "valleytronics » (S).
Elektronit viritetään laserpulsseilla. Infrapunapulssien napaisuudesta riippuen ne "miehittävät" yhden kahdesta mahdollisesta "laaksosta" metallihilan atomien ympärillä. Nämä kaksi tilaa viittaavat välittömästi ilmiön käyttöön nolla-yksi tietokonelogiikassa.
Elektronihypyt ovat erittäin nopeita, femtosekuntien sykleissä. Ja tässä piilee laserohjattujen järjestelmien uskomattoman nopeuden salaisuus.
Lisäksi tutkijat väittävät, että fyysisistä vaikutuksista johtuen nämä järjestelmät ovat jossain mielessä molemmissa tiloissa samanaikaisesti (superpositio), mikä luo mahdollisuuksia Tutkijat korostavat, että kaikki tämä tapahtuu huonelämpötilakun taas useimmat olemassa olevat kvanttitietokoneet vaativat kubittijärjestelmien jäähdyttämistä absoluuttista nollaa lähellä oleviin lämpötiloihin.
"Pitkällä aikavälillä näemme todellisen mahdollisuuden luoda kvanttilaitteita, jotka suorittavat operaatioita nopeammin kuin yksittäinen valoaallon värähtely", tutkija sanoi lausunnossaan. Rupert Huber, fysiikan professori Regensburgin yliopistossa Saksassa.
Tiedemiehet eivät kuitenkaan ole vielä tehneet todellisia kvanttioperaatioita tällä tavalla, joten ajatus huoneenlämmössä toimivasta kvanttitietokoneesta jää puhtaasti teoreettiseksi. Sama koskee tämän järjestelmän normaalia laskentatehoa. Ainoastaan värähtelyjen työ esiteltiin, eikä varsinaisia laskennallisia operaatioita suoritettu.
Edellä kuvattujen kaltaisia kokeita on jo tehty. Vuonna 2017 tutkimuksesta julkaistiin kuvaus Nature Photonicsissa muun muassa Michiganin yliopistossa Yhdysvalloissa. Siellä laservalopulsseja, joiden kesto oli 100 femtosekuntia, johdettiin puolijohdekiteen läpi, mikä ohjasi elektronien tilaa. Pääsääntöisesti materiaalin rakenteessa esiintyvät ilmiöt olivat samanlaisia kuin aiemmin kuvatut. Nämä ovat kvanttiseuraukset.
Kevyitä siruja ja perovskiitteja
tee"kvanttilasertietokoneet » häntä kohdellaan eri tavalla. Viime lokakuussa yhdysvaltalainen, japanilainen ja australialainen tutkimusryhmä esitteli kevyen laskentajärjestelmän. Kubittien sijasta uusi lähestymistapa käyttää lasersäteiden ja mukautettujen kiteiden fyysistä tilaa muuntaakseen säteet erityiseksi valoksi, jota kutsutaan "kompressoiduksi valoksi".
Jotta klusterin tila osoittaisi kvanttilaskennan potentiaalin, laser on mitattava tietyllä tavalla, ja tämä saavutetaan käyttämällä peilien, säteen säteilijöiden ja optisten kuitujen kvanttisekoitettua verkkoa (2). Tämä lähestymistapa on esitetty pienessä mittakaavassa, mikä ei tarjoa riittävän suuria laskentanopeuksia. Tutkijoiden mukaan malli on kuitenkin skaalautuva, ja suuremmat rakenteet voivat lopulta saavuttaa kvanttiedun käytettyihin kvantti- ja binäärimalleihin verrattuna.
2. Lasersäteet, jotka kulkevat sotkeutuneen peiliverkoston läpi
"Vaikka nykyiset kvanttiprosessorit ovat vaikuttavia, on epäselvää, voidaanko niitä skaalata erittäin suuriin kokoihin", Science Today huomauttaa. Nicolas Menicucci, osallistuva tutkija Center for Quantum Computing and Communication Technology -keskuksessa (CQC2T) RMIT-yliopistossa Melbournessa, Australiassa. "Meidän lähestymistapamme alkaa äärimmäisellä skaalautuvuudella, joka on sisäänrakennettu sirulle alusta alkaen, koska prosessori, jota kutsutaan klusteritilaksi, on valmistettu valosta."
Ultranopeisiin fotonijärjestelmiin tarvitaan myös uudentyyppisiä lasereita (katso myös:). Far Eastern Federal Universityn (FEFU) tutkijat – yhdessä ITMO-yliopiston venäläisten kollegoiden sekä Dallasin Texasin yliopiston ja Australian National Universityn tutkijoiden kanssa – raportoivat maaliskuussa 2019 ACS Nano -lehdessä, että he olivat kehittäneet tehokas, nopea ja halpa tapa tuottaa perovskiittilaserit. Niiden etuna muihin tyyppeihin verrattuna on, että ne toimivat vakaammin, mikä on erittäin tärkeää optisille siruille.
"Halogenidilasertulostusteknologiamme tarjoaa yksinkertaisen, taloudellisen ja erittäin kontrolloidun tavan tuottaa massatuotantona erilaisia perovskiittilasereita. On tärkeää huomata, että geometrian optimointi lasertulostusprosessissa mahdollistaa ensimmäistä kertaa stabiilien yksimuotoisten perovskiittimikrolaserien (3). Tällaiset laserit ovat lupaavia erilaisten optoelektronisten ja nanofotonisten laitteiden, antureiden jne. kehittämisessä, kertoo FEFU-keskuksen tutkija Aleksei Žištšenko julkaisussa.
3. Perovskiittiset lasersäteet
Emme tietenkään pian näe henkilökohtaisia tietokoneita "kävelemässä lasereilla". Toistaiseksi yllä kuvatut kokeet ovat konseptin todisteita, eivät edes laskentajärjestelmien prototyyppejä.
Valon ja lasersäteiden tarjoamat nopeudet ovat kuitenkin liian houkuttelevia tutkijoille ja sitten insinööreille kieltäytymään tästä tiestä.
