máy tính laser
Tần số xung nhịp 1 GHz trong bộ vi xử lý là một tỷ hoạt động mỗi giây. Rất nhiều, nhưng các mô hình tốt nhất hiện có cho người tiêu dùng bình thường đã đạt được nhiều hơn vài lần. Điều gì sẽ xảy ra nếu nó tăng tốc ... một triệu lần?
Đây là những gì mà công nghệ điện toán mới hứa hẹn, sử dụng xung ánh sáng laser để chuyển đổi giữa trạng thái "1" và "0". Điều này xảy ra sau một phép tính đơn giản bốn triệu lần mỗi giây.
Trong các thí nghiệm được tiến hành vào năm 2018 và được mô tả trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu đã bắn chùm tia laser hồng ngoại xung vào các mảng tổ ong gồm vonfram và selen (1). Điều này khiến trạng thái không và một chuyển đổi trong chip silicon kết hợp, giống như trong một bộ xử lý máy tính thông thường, chỉ nhanh hơn một triệu lần.
Chuyện đã xảy ra như thế nào? Các nhà khoa học mô tả nó bằng đồ thị, cho thấy rằng các electron trong các tổ ong kim loại hoạt động "kỳ lạ" (mặc dù không nhiều). Bị kích thích, những hạt này nhảy giữa các trạng thái lượng tử khác nhau, được đặt tên bởi các nhà thí nghiệm "quay giả ».
Các nhà nghiên cứu so sánh điều này với máy chạy bộ được xây dựng xung quanh các phân tử. Họ gọi những đường ray này là "thung lũng" và mô tả thao tác của những trạng thái quay này là "Valleytronics » (S).
Các electron bị kích thích bởi các xung laze. Tùy thuộc vào phân cực của các xung hồng ngoại, chúng "chiếm" một trong hai "thung lũng" có thể có xung quanh các nguyên tử của mạng tinh thể kim loại. Hai trạng thái này ngay lập tức gợi ý việc sử dụng hiện tượng trong logic máy tính không-một.
Các bước nhảy của electron là cực kỳ nhanh, trong chu kỳ femto giây. Và đây là bí mật về tốc độ đáng kinh ngạc của các hệ thống dẫn đường bằng laser.
Ngoài ra, các nhà khoa học lập luận rằng do ảnh hưởng vật lý, các hệ thống này theo một nghĩa nào đó ở cả hai trạng thái cùng một lúc (chồng chất), tạo cơ hội cho Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng tất cả những điều này xảy ra trong nhiệt độ phòngtrong khi hầu hết các máy tính lượng tử hiện có yêu cầu hệ thống các qubit phải được làm mát đến nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối.
Nhà nghiên cứu cho biết trong một tuyên bố: “Về lâu dài, chúng tôi thấy có khả năng thực sự tạo ra các thiết bị lượng tử thực hiện các hoạt động nhanh hơn một dao động riêng của sóng ánh sáng. Rupert Huber, giáo sư vật lý tại Đại học Regensburg, Đức.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa thực hiện bất kỳ hoạt động lượng tử thực sự nào theo cách này, vì vậy ý tưởng về một máy tính lượng tử hoạt động ở nhiệt độ phòng vẫn hoàn toàn là lý thuyết. Điều tương tự cũng áp dụng cho khả năng tính toán thông thường của hệ thống này. Chỉ công việc của các dao động được chứng minh và không có hoạt động tính toán thực sự nào được thực hiện.
Các thí nghiệm tương tự như được mô tả ở trên đã được thực hiện. Vào năm 2017, một mô tả về nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics, bao gồm cả tại Đại học Michigan ở Hoa Kỳ. Ở đó, các xung ánh sáng laser có thời lượng 100 femto giây được truyền qua một tinh thể bán dẫn, kiểm soát trạng thái của các electron. Theo quy luật, các hiện tượng xảy ra trong cấu trúc của vật liệu tương tự như những hiện tượng được mô tả trước đó. Đây là những hệ quả lượng tử.
Chip nhẹ và perovskites
LÀM "máy tính laser lượng tử » anh ta bị đối xử khác. Tháng XNUMX năm ngoái, một nhóm nghiên cứu Mỹ-Nhật-Úc đã trình diễn một hệ thống máy tính nhẹ. Thay vì qubit, cách tiếp cận mới sử dụng trạng thái vật lý của chùm tia laze và tinh thể tùy chỉnh để chuyển đổi chùm tia thành một loại ánh sáng đặc biệt gọi là "ánh sáng nén".
Để trạng thái của cụm thể hiện tiềm năng của tính toán lượng tử, tia laser phải được đo theo một cách nhất định, và điều này đạt được bằng cách sử dụng mạng vướng víu lượng tử gồm gương, bộ phát tia và sợi quang (2). Cách tiếp cận này được trình bày ở quy mô nhỏ, không cung cấp tốc độ tính toán đủ cao. Tuy nhiên, các nhà khoa học nói rằng mô hình này có thể mở rộng và các cấu trúc lớn hơn cuối cùng có thể đạt được lợi thế lượng tử so với các mô hình lượng tử và nhị phân được sử dụng.
2. Chùm tia laze đi qua một mạng lưới rối của các gương
Science Today lưu ý: “Trong khi các bộ xử lý lượng tử hiện tại rất ấn tượng, vẫn chưa rõ liệu chúng có thể được thu nhỏ đến kích thước rất lớn hay không. Nicolas Menicucci, một nhà nghiên cứu đóng góp tại Trung tâm Công nghệ Truyền thông và Máy tính Lượng tử (CQC2T) tại Đại học RMIT ở Melbourne, Úc. "Cách tiếp cận của chúng tôi bắt đầu với khả năng mở rộng cực cao được tích hợp trong chip ngay từ đầu vì bộ xử lý, được gọi là trạng thái cụm, được làm bằng ánh sáng."
Các loại laser mới cũng cần thiết cho các hệ thống quang tử siêu nhanh (xem thêm :). Các nhà khoa học từ Đại học Liên bang Viễn Đông (FEFU) - cùng với các đồng nghiệp Nga từ Đại học ITMO, cũng như các nhà khoa học từ Đại học Texas tại Dallas và Đại học Quốc gia Úc - đã báo cáo vào tháng 2019 năm XNUMX trên tạp chí ACS Nano rằng họ đã phát triển một cách sản xuất hiệu quả, nhanh chóng và rẻ laser perovskite. Ưu điểm của chúng so với các loại khác là hoạt động ổn định hơn, điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với chip quang.
“Công nghệ in laser halogenua của chúng tôi cung cấp một cách đơn giản, tiết kiệm và được kiểm soát cao để sản xuất hàng loạt nhiều loại laser perovskite. Điều quan trọng cần lưu ý là việc tối ưu hóa hình học trong quá trình in laser giúp lần đầu tiên có thể thu được các microlas perovskite đơn chế độ ổn định (3). Những tia laser như vậy hứa hẹn trong việc phát triển các thiết bị, cảm biến quang điện tử và nanophotonic, v.v. ”, Aleksey Zhishchenko, nhà nghiên cứu tại trung tâm FEFU, giải thích trong ấn phẩm.
3. Chùm tia laze Perovskite
Tất nhiên, chúng ta sẽ không sớm thấy máy tính cá nhân “đi trên tia la-de”. Cho đến nay, các thí nghiệm được mô tả ở trên là bằng chứng về khái niệm, thậm chí không phải là nguyên mẫu của các hệ thống máy tính.
Tuy nhiên, tốc độ do ánh sáng và chùm tia laze cung cấp quá hấp dẫn đối với các nhà nghiên cứu, và sau đó là các kỹ sư, từ chối con đường này.
