Лазерныя кампутары

Тактавая частата 1 Ггц у працэсарах складае адзін мільярд аперацый у секунду. Шмат, але лепшыя мадэлі, даступныя ў наш час радавому спажыўцу, ужо дасягаюць у некалькі разоў большага. Што, калі яно паскорыцца… у мільён разоў?

Гэта тое, што абяцае новая вылічальная тэхніка, якая выкарыстоўвае імпульсы лазернага святла для пераключэння паміж станамі "1" і "0". Гэта вынікае з простага разліку квадрыльён раз у секунду.

У эксперыментах, праведзеных у 2018 годзе і апісаных у часопісе Nature, даследчыкі накіравалі імпульсныя інфрачырвоныя лазерныя прамяні на сотавыя рашоткі з вальфраму і селену (1). Гэта выклікала пераключэнне стану за нуль і адзінкі ў камбінаваным крамянёвым чыпе, як і ў звычайным кампутарным працэсары, толькі ў мільён разоў хутчэй.

Як гэта здарылася? Навукоўцы апісваюць гэта графічна, паказваючы, што электроны ў металічных сотах паводзяць сябе "дзіўна" (хоць і не так моцна). Узбуджаныя, гэтыя часціцы скачуць паміж рознымі квантавымі станамі, названымі эксперыментатарамі.псеўда-спінінг ».

Даследчыкі параўноўваюць гэта з бегавымі дарожкамі, створанымі вакол малекул. Яны называюць гэтыя трэкі «далінамі» і апісваюць маніпуляванне гэтымі верцяцца станамі як »далінатроніка » (S).

Электроны ўзбуджаюцца лазернымі імпульсамі. У залежнасці ад палярнасці інфрачырвоных імпульсаў яны "займаюць" адну з двух магчымых "далін" вакол атамаў рашоткі металу. Гэтыя два станы адразу наводзяць на думку аб выкарыстанні з'явы ў кампутарнай логіцы нуль-адзінка.

Скачкі электронаў надзвычай хуткія, за фемтасекундныя цыклы. І тут крыецца сакрэт неверагоднай хуткасці сістэм з лазерным кіраваннем.

Акрамя таго, навукоўцы сцвярджаюць, што за кошт фізічных уздзеянняў гэтыя сістэмы ў некаторым сэнсе знаходзяцца ў абодвух станах адначасова.суперпазіцыя), што стварае магчымасці для. Даследчыкі падкрэсліваюць, што ўсё гэта адбываецца ў пакаёвая тэмпературау той час як большасць існуючых квантавых кампутараў патрабуюць астуджэнні сістэм кубітаў да тэмпературы, блізкай да абсалютнага нуля.

"У доўгатэрміновай перспектыве мы бачым рэальную магчымасць стварэння квантавых прылад, якія выконваюць аперацыі хутчэй, чым адно ваганне светлавой хвалі", – гаворыцца ў заяве даследчыка. Руперт Хубер, прафесар фізікі Рэгенсбургскага ўніверсітэта, Германія.

Аднак ніякіх рэальных квантавых аперацый навукоўцы пакуль не рабілі такім чынам, таму ідэя квантавага кампутара, які працуе пры пакаёвай тэмпературы, застаецца чыста тэарэтычнай. Тое ж самае ставіцца і да звычайнага вылічальнага патэнцыялу гэтай сістэмы. Дэманстравалася толькі праца ваганняў і ніякіх рэальных вылічальных аперацый не рабілася.

Эксперыменты, падобныя апісаным вышэй, ужо праводзіліся. У 2017 годзе ў “Nature Photonics” было апублікавана апісанне даследавання, у тым ліку ў Мічыганскім універсітэце ў ЗША. Там імпульсы лазернага святла працягласцю 100 фемтасекунд прапускаліся праз паўправадніковы крышталь, кантралюючы стан электронаў. Як правіла, з'явы, якія адбываюцца ў структуры матэрыялу, былі аналагічныя апісаным раней. Такія і квантавыя наступствы.

Чыпы святла і пяроўскі

Рабіцьквантавыя лазерныя кампутары » да яго ставяцца па-рознаму. У кастрычніку мінулага года амерыкана-япона-аўстралійская даследчая група прадэманстравала лёгкую вылічальную сістэму. Замест кубітаў новы падыход выкарыстоўвае фізічны стан лазерных прамянёў і нестандартных крышталяў для пераўтварэння прамянёў у адмысловы тып святла, званы "сціснутым святлом".

Каб стан кластара прадэманстравала патэнцыял квантавых вылічэнняў, лазер павінен быць вызначанай выявай вымераны, і гэта дасягаецца з дапамогай квантава-заблытанай сеткі люстэркаў, выпраменьвальнікаў прамяня і аптычных валокнаў (2). Гэты падыход прадстаўлены ў невялікім маштабе, што не забяспечвае дастаткова высокіх хуткасцяў вылічэнняў. Аднак навукоўцы кажуць, што мадэль з'яўляецца якая маштабуецца, і буйнейшыя структуры могуць у канчатковым выніку дасягнуць квантавай перавагі ў параўнанні з выкарыстоўванымі квантавымі і бінарнымі мадэлямі.

2. Лазерныя прамяні, якія праходзяць праз заблытаную сетку з люстэркаў

"Хоць сучасныя квантавыя працэсары ўражваюць, незразумела, ці можна іх маштабаваць да вельмі вялікіх памераў", – адзначае Science Today. Нікаля Менікучы, які ўдзельнічае даследчык Цэнтра квантавых вылічэнняў і камунікацыйных тэхналогій (CQC2T) Універсітэта RMIT ў Мельбурне, Аўстралія. "Наш падыход пачынаецца з надзвычайнай маштабаванасці, убудаванай у чып з самага пачатку, таму што працэсар, званы станам кластара, зроблены са святла".

Патрэбны новыя тыпы лазераў і для звышхуткіх фатонных сістэм (гл. таксама:). Навукоўцы Далёкаўсходняга федэральнага ўніверсітэта (ДВФУ) - разам з расійскімі калегамі з Універсітэта ІЦМА, а таксама навукоўцамі Тэхаскага ўніверсітэта ў Даласе і Аўстралійскага нацыянальнага ўніверсітэта - паведамілі ў сакавіку 2019 года ў часопісе ACS Nano, што распрацавалі эфектыўную , хуткі і танны спосаб вытворчасці лазеры на аснове пяроўскі. Іх перавага перад іншымі тыпамі ў тым, што яны працуюць больш стабільна, што мае вялікае значэнне для аптычных чыпаў.

«Наша тэхналогія лазернага друку на галагенідных матэрыялах забяспечвае просты, эканамічны і строга кантраляваны спосаб масавай вытворчасці розных пераўскітавых лазераў. Важна адзначыць, што аптымізацыя геаметрыі падчас лазернага друку ўпершыню дазваляе атрымаць стабільныя одномодовые перовскитные мікралазеры (3). Такія лазеры перспектыўныя пры распрацоўцы розных оптаэлектронных і нанафатонных прылад, сэнсараў і г. д. », - растлумачыў у публікацыі Аляксей Жышчанка, навуковы супрацоўнік цэнтра ДВФУ.

3. Пераўскітныя лазерныя прамяні

Вядома, персанальныя кампутары, "ідучыя па лазерах", мы ўбачым не хутка. Пакуль апісаныя вышэй эксперыменты з'яўляюцца доказамі канцэпцыі, нават не прататыпамі вылічальных сістэм.

Аднак хуткасці, прапанаваныя святлом і лазернымі промнямі, занадта павабныя для даследчыкаў, а за імі і інжынераў, каб адмовіцца ад гэтага шляху.