Лазер компьютер

Процессорын 1 GHz цагийн давтамж нь секундэд нэг тэрбум үйлдэл хийдэг. Маш их, гэхдээ дундаж хэрэглэгчдэд байгаа шилдэг загварууд аль хэдийн хэд дахин илүү амжилтанд хүрч байна. Хэрвээ хурдасвал... сая дахин нэмэгдвэл яах вэ?

Лазер гэрлийн импульс ашиглан "1" ба "0" төлөвүүдийн хооронд шилжих шинэ тооцоолох технологи нь үүнийг амлаж байна. Энэ нь энгийн тооцооллын үр дүнд бий секундэд квадриллион удаа.

2018 онд хийсэн туршилтаар "Nature" сэтгүүлд бичсэнээр судлаачид вольфрам, селенийн зөгийн сархинагласан массивууд руу импульсийн хэт улаан туяаны лазер туяа цацсан байна (1). Энэ нь ердийн компьютерийн процессорын нэгэн адил XNUMX ба нэгийн төлөвийг хосолсон цахиурын чипэнд шилжихэд хүргэсэн бөгөөд энэ нь ердөө сая дахин хурдан юм.

Энэ нь яаж болсон бэ? Эрдэмтэд үүнийг графикаар дүрсэлж, металл зөгийн сархинаг дахь электронууд "хачин" (гэхдээ тийм ч их биш) ажилладаг болохыг харуулж байна. Эдгээр бөөмсүүд хөөрч, туршилтчдын нэрлэсэн янз бүрийн квант төлөвүүдийн хооронд үсэрч байна "псевдо спиннинг ».

Судлаачид үүнийг молекулуудын эргэн тойронд баригдсан гүйлтийн замтай харьцуулдаг. Тэд эдгээр замыг "хөндий" гэж нэрлээд, эдгээр эргэлдэх төлөвүүдийн заль мэхийг "valleytronics » (S).

Лазер импульсийн нөлөөгөөр электронууд өдөөгддөг. Хэт улаан туяаны импульсийн туйлшралаас хамааран тэдгээр нь металл торны атомуудын эргэн тойронд байж болох хоёр "хөндий"-ийн аль нэгийг "эзэлдэг". Эдгээр хоёр муж нэн даруй XNUMX-XNUMX компьютерийн логикт үзэгдлийг ашиглахыг санал болгож байна.

Электрон үсрэлт нь фемтосекундын мөчлөгт маш хурдан байдаг. Лазераар удирддаг системийн гайхалтай хурдны нууц энд оршдог.

Нэмж дурдахад физикийн нөлөөллөөс болж эдгээр системүүд аль аль мужид нэгэн зэрэг байдаг гэж эрдэмтэд нотолж байна (суперпозиция), боломжийг бий болгож байна Энэ бүхэн энд тохиолддог гэдгийг судлаачид онцолж байна өрөөний температурХарин одоо байгаа ихэнх квант компьютерууд кубит системийг үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт хөргөхийг шаарддаг.

"Урт хугацаанд бид гэрлийн долгионы нэг хэлбэлзлээс илүү хурдан ажиллагааг гүйцэтгэдэг квант төхөөрөмжийг бий болгох бодит боломжийг харж байна" гэж судлаач мэдэгдэв. Руперт Хубер, Германы Регенсбургийн их сургуулийн физикийн профессор.

Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд ийм аргаар бодит квант үйлдлийг хараахан хийгээгүй байгаа тул өрөөний температурт ажилладаг квант компьютерын санаа нь цэвэр онолын шинж чанартай хэвээр байна. Энэ системийн ердийн тооцоолох хүчин чадалд мөн адил хамаарна. Зөвхөн хэлбэлзлийн ажлыг харуулсан бөгөөд бодит тооцооллын үйлдлүүд хийгдээгүй.

Дээр дурдсантай төстэй туршилтууд аль хэдийн хийгдсэн. 2017 онд судалгааны тайлбарыг АНУ-ын Мичиганы их сургуульд оруулаад Nature Photonics сэтгүүлд нийтлэв. Тэнд 100 фемтосекундын үргэлжлэх хугацаатай лазерын гэрлийн импульсийг хагас дамжуулагч талстаар дамжуулж электронуудын төлөвийг хянадаг байв. Дүрмээр бол материалын бүтцэд гарч буй үзэгдлүүд нь өмнө дурдсантай төстэй байв. Эдгээр нь квант үр дагавар юм.

Хөнгөн чипс ба перовскит

Хийх"квант лазер компьютерууд » түүнд өөрөөр ханддаг. Өнгөрсөн аравдугаар сард АНУ-Япон-Австралийн судалгааны баг хөнгөн жинтэй тооцоолох системийг үзүүлжээ. Кубитийн оронд шинэ арга нь лазер туяа болон тусгай талстуудын физик төлөвийг ашиглан туяаг "шахсан гэрэл" хэмээх тусгай төрлийн гэрэл болгон хувиргадаг.

Кластерын төлөвийг квант тооцооллын боломжуудыг харуулахын тулд лазерыг тодорхой аргаар хэмжих шаардлагатай бөгөөд үүнийг толин тусгал, цацраг ялгаруулагч, оптик утаснуудын квант орооцолдсон сүлжээг ашиглан хийдэг (2). Энэ аргыг бага хэмжээгээр танилцуулсан нь хангалттай өндөр тооцооллын хурдыг өгдөггүй. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд загвар нь өргөжүүлэх боломжтой бөгөөд том бүтэц нь ашигласан квант болон хоёртын загвараас квантын давуу талтай гэж хэлж байна.

2. Толин тусгалуудын орооцолдсон сүлжээгээр дамжин өнгөрөх лазер туяа

"Одоогийн квант процессорууд гайхалтай боловч тэдгээрийг маш том хэмжээтэй болгож чадах эсэх нь тодорхойгүй байна" гэж Science Today тэмдэглэв. Николас Меничуччи, Австралийн Мельбурн дахь RMIT их сургуулийн Квантын тооцоолол, харилцаа холбооны технологийн төвийн (CQC2T) хувь нэмэр оруулсан судлаач. "Бидний арга бол кластерийн төлөв гэж нэрлэгддэг процессор нь гэрлээр хийгдсэн учраас чипэнд суулгасан хэт өргөтгөх чадвараас эхэлдэг."

Хэт хурдан фотоник системд шинэ төрлийн лазер хэрэгтэй (мөн үзнэ үү :)). Алс Дорнодын Холбооны Их Сургуулийн (FEFU) эрдэмтэд ITMO Их Сургуулийн Оросын хамт олон, Даллас дахь Техасын Их Сургууль, Австралийн Үндэсний Их Сургуулийн эрдэмтэд хамтран 2019 оны XNUMX-р сард ACS Nano сэтгүүлд мэдээлсэн: үр ашигтай, хурдан бөгөөд хямд аргаар үйлдвэрлэх перовскит лазер. Бусад төрлүүдээс давуу тал нь илүү тогтвортой ажилладаг бөгөөд энэ нь оптик чипүүдэд маш чухал ач холбогдолтой юм.

“Манай галидын лазер хэвлэх технологи нь перовскит лазерын төрөл бүрийн массыг үйлдвэрлэх энгийн, хэмнэлттэй, өндөр хяналттай арга юм. Лазер хэвлэх явцад анх удаа геометрийг оновчлох нь тогтвортой нэг горимт перовскит микролазер (3) авах боломжтой гэдгийг анхаарах нь чухал юм. Ийм лазерууд нь янз бүрийн оптоэлектроник болон нанофотоник төхөөрөмж, мэдрэгч гэх мэтийг бүтээхэд ирээдүйтэй юм" гэж FEFU төвийн судлаач Алексей Жищенко хэвлэлд тайлбарлав.

3. Перовскит лазер туяа

Мэдээжийн хэрэг, бид "лазер дээр алхах" персонал компьютерийг удахгүй харахгүй. Дээр тайлбарласан туршилтууд нь концепцийн нотолгоо болохоос тооцоолох системийн прототип ч биш юм.

Гэсэн хэдий ч гэрлийн болон лазер туяаны санал болгож буй хурд нь судлаачид, дараа нь инженерүүдэд энэ замаас татгалзахад хэтэрхий татагддаг.