ლაზერული კომპიუტერები

პროცესორებში საათის სიხშირე 1 გჰც არის მილიარდი ოპერაცია წამში. ბევრია, მაგრამ საუკეთესო მოდელები, რომლებიც ამჟამად ხელმისაწვდომია საშუალო მომხმარებლისთვის, უკვე რამდენჯერმე მეტს აღწევს. რა მოხდება, თუ ის აჩქარებს... მილიონჯერ მეტი?

სწორედ ამას გვპირდება ახალი გამოთვლითი ტექნოლოგია, ლაზერული სინათლის იმპულსების გამოყენებით გადართვის მდგომარეობებს შორის "1" და "0". ეს გამომდინარეობს მარტივი გაანგარიშებიდან კვადრილიონი ჯერ წამში.

2018 წელს ჩატარებულ ექსპერიმენტებში და აღწერილია ჟურნალში Nature, მკვლევარებმა პულსირებული ინფრაწითელი ლაზერის სხივები გაუშვეს ვოლფრამის და სელენის თაფლის მასივებზე (1). ამან გამოიწვია ნულოვანი და ერთი მდგომარეობის გადართვა კომბინირებულ სილიკონის ჩიპში, ისევე როგორც ჩვეულებრივ კომპიუტერულ პროცესორში, მხოლოდ მილიონჯერ უფრო სწრაფად.

Როგორ მოხდა? მეცნიერები მას გრაფიკულად აღწერენ და აჩვენებენ, რომ ლითონის თაფლის ჭურჭლის ელექტრონები იქცევიან „უცნაურად“ (თუმცა არც ისე ბევრი). აღფრთოვანებული, ეს ნაწილაკები ხტებიან სხვადასხვა კვანტურ მდგომარეობას შორის, რომლებსაც ექსპერიმენტატორები ასახელებენ.ფსევდო ტრიალი ».

მკვლევარები ამას ადარებენ მოლეკულების გარშემო აგებულ სარბენ ბილიკებს. ისინი ამ ტრასებს უწოდებენ "ველებს" და აღწერენ ამ მბრუნავი მდგომარეობების მანიპულირებას, როგორც "დოლინატრონიკა » (S).

ელექტრონები აღგზნებულია ლაზერული იმპულსებით. ინფრაწითელი პულსების პოლარობიდან გამომდინარე, ისინი "იკავებენ" ორი შესაძლო "ველიდან" ერთ-ერთს ლითონის გისოსის ატომების გარშემო. ეს ორი მდგომარეობა მაშინვე გვთავაზობს ფენომენის გამოყენებას ნულ-ერთი კომპიუტერულ ლოგიკაში.

ელექტრონის ნახტომი ძალზე სწრაფია, ფემტოწამიან ციკლებში. და აქ მდგომარეობს ლაზერული მართვის სისტემების წარმოუდგენელი სიჩქარის საიდუმლო.

გარდა ამისა, მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ ფიზიკური გავლენის გამო, ეს სისტემები გარკვეულწილად ორივე სახელმწიფოშია ერთდროულად (სუპერპოზიცია), რაც ქმნის შესაძლებლობებს მკვლევარები ხაზს უსვამენ, რომ ეს ყველაფერი ხდება ოთახის ტემპერატურაზემაშინ, როდესაც არსებული კვანტური კომპიუტერების უმეტესობა მოითხოვს კუბიტების სისტემების გაციებას აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურამდე.

„გრძელვადიან პერსპექტივაში ჩვენ ვხედავთ კვანტური მოწყობილობების შექმნის რეალურ შესაძლებლობას, რომლებიც ასრულებენ ოპერაციებს უფრო სწრაფად, ვიდრე სინათლის ტალღის ერთი რხევა“, - ნათქვამია მკვლევარმა განცხადებაში. რუპერტ ჰუბერიგერმანიის რეგენსბურგის უნივერსიტეტის ფიზიკის პროფესორი.

თუმცა, მეცნიერებს ჯერ არ გაუკეთებიათ რაიმე რეალური კვანტური ოპერაციები ამ გზით, ამიტომ ოთახის ტემპერატურაზე მოქმედი კვანტური კომპიუტერის იდეა წმინდა თეორიულად რჩება. იგივე ეხება ამ სისტემის ნორმალურ გამოთვლით ძალას. მხოლოდ რხევების მუშაობა იყო დემონსტრირებული და რეალური გამოთვლითი ოპერაციები არ შესრულებულა.

ზემოთ აღწერილი ექსპერიმენტები უკვე ჩატარდა. 2017 წელს კვლევის აღწერა გამოქვეყნდა Nature Photonics-ში, მათ შორის აშშ-ში, მიჩიგანის უნივერსიტეტში. იქ, 100 ფემტოწამის ხანგრძლივობის ლაზერული სინათლის იმპულსები გადიოდა ნახევარგამტარულ კრისტალში, რომელიც აკონტროლებდა ელექტრონების მდგომარეობას. როგორც წესი, მასალის სტრუქტურაში მომხდარი ფენომენები მსგავსი იყო ადრე აღწერილი. ეს არის კვანტური შედეგები.

მსუბუქი ჩიფსები და პეროვსკიტები

Კეთება "კვანტური ლაზერული კომპიუტერები » მას სხვანაირად ეპყრობიან. გასულ ოქტომბერში, აშშ-იაპონურ-ავსტრალიურმა კვლევითმა ჯგუფმა აჩვენა მსუბუქი გამოთვლითი სისტემა. კუბიტების ნაცვლად, ახალი მიდგომა იყენებს ლაზერული სხივების და მორგებული კრისტალების ფიზიკურ მდგომარეობას, რათა გადააქციოს სხივები სპეციალურ ტიპის შუქად, სახელწოდებით „შეკუმშული შუქი“.

იმისათვის, რომ კლასტერის მდგომარეობამ აჩვენოს კვანტური გამოთვლის პოტენციალი, ლაზერი უნდა გაიზომოს გარკვეული გზით და ეს მიიღწევა სარკეების, სხივის ემიტერებისა და ოპტიკური ბოჭკოების კვანტური ჩახლართული ქსელის გამოყენებით (2). ეს მიდგომა წარმოდგენილია მცირე მასშტაბით, რომელიც არ იძლევა საკმარისად მაღალ გამოთვლით სიჩქარეს. თუმცა, მეცნიერები ამბობენ, რომ მოდელი მასშტაბირებადია და უფრო დიდ სტრუქტურებს შეუძლიათ საბოლოოდ მიაღწიონ კვანტურ უპირატესობას გამოყენებულ კვანტურ და ორობით მოდელებთან შედარებით.

2. სარკეების ჩახლართულ ქსელში გამავალი ლაზერის სხივები

„მიუხედავად იმისა, რომ ამჟამინდელი კვანტური პროცესორები შთამბეჭდავია, გაურკვეველია, შეიძლება თუ არა მათი მასშტაბირება ძალიან დიდ ზომებამდე“, აღნიშნავს Science Today. ნიკოლას მენიკუჩი, მონაწილე მკვლევარი კვანტური გამოთვლითი და საკომუნიკაციო ტექნოლოგიების ცენტრის (CQC2T) RMIT უნივერსიტეტში მელბურნში, ავსტრალია. „ჩვენი მიდგომა იწყება ჩიპში თავიდანვე ჩაშენებული უკიდურესი მასშტაბურობით, რადგან პროცესორი, რომელსაც კლასტერულ მდგომარეობას უწოდებენ, სინათლისგან არის დამზადებული.

ახალი ტიპის ლაზერები ასევე საჭიროა ულტრასწრაფი ფოტონიკური სისტემებისთვის (იხ. ასევე :). შორეული აღმოსავლეთის ფედერალური უნივერსიტეტის (FEFU) მეცნიერებმა - ITMO უნივერსიტეტის რუს კოლეგებთან ერთად, ასევე დალასის ტეხასის უნივერსიტეტის და ავსტრალიის ეროვნული უნივერსიტეტის მეცნიერებმა - განაცხადეს 2019 წლის მარტში ჟურნალში ACS Nano, რომ მათ შეიმუშავეს წარმოების ეფექტური, სწრაფი და იაფი გზა პეროვსკიტის ლაზერები. მათი უპირატესობა სხვა ტიპებთან შედარებით არის უფრო სტაბილურად მუშაობა, რასაც დიდი მნიშვნელობა აქვს ოპტიკური ჩიპებისთვის.

„ჩვენი ჰალოიდური ლაზერული ბეჭდვის ტექნოლოგია უზრუნველყოფს მარტივ, ეკონომიურ და მაღალ კონტროლირებად გზას სხვადასხვა პეროვსკიტის ლაზერების მასიური წარმოებისთვის. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ გეომეტრიის ოპტიმიზაცია პირველად ლაზერული ბეჭდვის პროცესში შესაძლებელს ხდის სტაბილური ერთრეჟიმიანი პეროვსკიტის მიკროლაზერების მიღებას (3). ასეთი ლაზერები პერსპექტიულია სხვადასხვა ოპტოელექტრონული და ნანოფოტონური მოწყობილობების, სენსორების და ა.შ. განვითარებაში“, - განმარტავს პუბლიკაციაში FEFU ცენტრის მკვლევარი ალექსეი ჟიშჩენკო.

3. პეროვსკიტის ლაზერის სხივები

რა თქმა უნდა, ჩვენ მალე ვერ ვიხილავთ პერსონალურ კომპიუტერებს „ლაზერებზე მოსიარულე“. მიუხედავად იმისა, რომ ზემოთ აღწერილი ექსპერიმენტები კონცეფციის მტკიცებულებაა და არა გამოთვლითი სისტემების პროტოტიპები.

თუმცა, სინათლისა და ლაზერის სხივების მიერ შემოთავაზებული სიჩქარე ძალიან მაცდურია მკვლევრებისთვის და შემდეგ ინჟინრებისთვის, რომ უარი თქვან ამ გზაზე.