lazer bilgisayarlar

İşlemcilerde 1 GHz saat frekansı saniyede bir milyar işlemdir. Çok fazla, ancak şu anda ortalama tüketici için mevcut olan en iyi modeller, şimdiden birkaç kat daha fazlasını başarıyor. Ya hızlanırsa... bir milyon kat daha fazla?

Bu, "1" ve "0" durumları arasında geçiş yapmak için lazer ışığı darbeleri kullanan yeni bilgi işlem teknolojisinin vaat ettiği şeydir. Bu basit bir hesaplamadan sonra gelir saniyede katrilyon kez.

2018 yılında yürütülen ve Nature dergisinde açıklanan deneylerde araştırmacılar, tungsten ve selenyumun petek dizilimlerine darbeli kızılötesi lazer ışınları ateşledi (1). Bu, sıfır ve bir durumunun, tıpkı geleneksel bir bilgisayar işlemcisinde olduğu gibi, birleşik silikon çipte yalnızca bir milyon kat daha hızlı geçiş yapmasına neden oldu.

Nasıl oldu? Bilim adamları, metal peteklerdeki elektronların "garip" davrandığını (çok fazla olmasa da) göstererek bunu grafiksel olarak tanımlıyorlar. Heyecanlı, bu parçacıklar, deneyciler tarafından adlandırılan farklı kuantum durumları arasında atlıyor "sözde eğirme ».

Araştırmacılar bunu moleküller etrafında inşa edilmiş koşu bantlarıyla karşılaştırıyorlar. Bu izleri "vadi" olarak adlandırıyorlar ve bu dönme durumlarının manipülasyonunu "vaditronik » (S).

Elektronlar lazer darbeleriyle uyarılır. Kızılötesi darbelerin polaritesine bağlı olarak, metal kafes atomlarının etrafındaki iki olası "vadiden" birini "işgal ederler". Bu iki durum, fenomenin sıfır-bir bilgisayar mantığında kullanılmasını hemen önerir.

Femtosaniye döngülerinde elektron sıçramaları son derece hızlıdır. Lazer güdümlü sistemlerin inanılmaz hızının sırrı da burada yatıyor.

Ayrıca bilim adamları, fiziksel etkiler nedeniyle bu sistemlerin bir anlamda her iki durumda da aynı anda olduğunu savunuyorlar (üstüne koyma) için fırsatlar yaratır. Araştırmacılar, tüm bunların oda sıcaklığıMevcut kuantum bilgisayarların çoğu, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulacak kübit sistemleri gerektirir.

Araştırmacı yaptığı açıklamada, "Uzun vadede, bir ışık dalgasının tek bir salınımından daha hızlı işlemler gerçekleştiren kuantum cihazları yaratmanın gerçek bir olasılığını görüyoruz" dedi. Rupert Huber, Almanya Regensburg Üniversitesi'nde fizik profesörü.

Ancak bilim adamları henüz bu şekilde herhangi bir gerçek kuantum işlemi gerçekleştirmediler, bu nedenle oda sıcaklığında çalışan bir kuantum bilgisayar fikri tamamen teorik kalıyor. Aynısı, bu sistemin normal bilgi işlem gücü için de geçerlidir. Yalnızca salınımların çalışması gösterildi ve hiçbir gerçek hesaplama işlemi gerçekleştirilmedi.

Yukarıda açıklananlara benzer deneyler zaten yapılmıştır. 2017 yılında, çalışmanın bir açıklaması ABD'deki Michigan Üniversitesi de dahil olmak üzere Nature Photonics'te yayınlandı. Orada, 100 femtosaniye süren lazer ışığı darbeleri, elektronların durumunu kontrol eden bir yarı iletken kristalden geçirildi. Kural olarak, malzemenin yapısında meydana gelen fenomenler, daha önce açıklananlara benzerdi. Bunlar kuantum sonuçlarıdır.

Hafif yongalar ve perovskitler

Yapmak "kuantum lazer bilgisayarlar » ona farklı davranılır. Geçen Ekim ayında, bir ABD-Japon-Avustralya araştırma ekibi hafif bir bilgi işlem sistemi gösterdi. Yeni yaklaşım, kübitler yerine, ışınları "sıkıştırılmış ışık" adı verilen özel bir ışık türüne dönüştürmek için lazer ışınlarının ve özel kristallerin fiziksel durumunu kullanır.

Kümenin durumunun kuantum hesaplama potansiyelini göstermesi için, lazerin belirli bir şekilde ölçülmesi gerekir ve bu, kuantum dolaşık aynalar, ışın yayıcılar ve optik fiberler ağı kullanılarak elde edilir (2). Bu yaklaşım, yeterince yüksek hesaplama hızları sağlamayan küçük bir ölçekte sunulmaktadır. Ancak bilim adamları, modelin ölçeklenebilir olduğunu ve daha büyük yapıların sonunda kullanılan kuantum ve ikili modellere göre bir kuantum avantajı elde edebileceğini söylüyor.

2. Karışık bir ayna ağından geçen lazer ışınları

Science Today, "Mevcut kuantum işlemciler etkileyici olsa da, çok büyük boyutlara ölçeklenip ölçeklenemeyecekleri belirsiz" diyor. Nicolas MenicucciAvustralya, Melbourne'deki RMIT Üniversitesi'ndeki Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi Merkezi'nde (CQC2T) katkıda bulunan bir araştırmacı. "Yaklaşımımız, küme durumu olarak adlandırılan işlemci ışıktan yapıldığı için, en başından itibaren çipte yerleşik olarak bulunan aşırı ölçeklenebilirlik ile başlıyor."

Ultra hızlı fotonik sistemler için yeni lazer türleri de gereklidir (ayrıca bakınız:). Uzak Doğu Federal Üniversitesi'nden (FEFU) bilim adamları - ITMO Üniversitesi'nden Rus meslektaşlarının yanı sıra Dallas'taki Texas Üniversitesi ve Avustralya Ulusal Üniversitesi'nden bilim adamları ile birlikte Mart 2019'da ACS Nano dergisinde bir verimli, hızlı ve ucuz üretim yolu perovskit lazerler. Diğer türlere göre avantajları, optik çipler için büyük önem taşıyan daha kararlı çalışmalarıdır.

"Halide lazer baskı teknolojimiz, çeşitli perovskite lazerlerin seri üretimi için basit, ekonomik ve son derece kontrollü bir yol sağlıyor. Lazer baskı işlemindeki geometri optimizasyonunun, ilk kez kararlı tek modlu perovskite mikro lazerler elde etmeyi mümkün kıldığını belirtmek önemlidir (3). Bu tür lazerler, çeşitli optoelektronik ve nanofotonik cihazların, sensörlerin vb. geliştirilmesinde umut vericidir, "diye açıkladı FEFU merkezinde araştırmacı olan Aleksey Zhishchenko yayında.

3. Perovskite lazer ışınları

Elbette yakın zamanda kişisel bilgisayarların “lazerler üzerinde yürüdüğünü” görmeyeceğiz. Şimdiye kadar, yukarıda açıklanan deneyler, bilgisayar sistemlerinin prototipleri bile değil, kavramın kanıtlarıdır.

Bununla birlikte, ışık ve lazer ışınlarının sunduğu hızlar, araştırmacılar ve daha sonra mühendisler için bu yolu reddetmek için çok caziptir.