Lazer kompüterləri

Prosessorlarda 1 GHz takt tezliyi saniyədə bir milyard əməliyyatdır. Çox, lakin hazırda orta istehlakçı üçün mövcud olan ən yaxşı modellər artıq bir neçə dəfə daha çox nailiyyət əldə edir. Bəs sürəti... milyon dəfə artırsa?

"1" və "0" vəziyyətləri arasında keçid etmək üçün lazer işığının impulslarından istifadə edərək yeni hesablama texnologiyasının vəd etdiyi budur. Bu sadə hesablamadan irəli gəlir saniyədə katrilyon dəfə.

2018-ci ildə aparılan və “Nature” jurnalında təsvir edilən təcrübələrdə tədqiqatçılar volfram və seleniumun bal pətək massivlərinə impulslu infraqırmızı lazer şüaları vurdular (1). Bu, adi bir kompüter prosessorunda olduğu kimi, birləşdirilmiş silikon çipdə sıfır və bir vəziyyətin yalnız bir milyon dəfə daha sürətli keçməsinə səbəb oldu.

Necə oldu? Alimlər bunu qrafik şəkildə təsvir edərək, metal pətəklərdəki elektronların "qəribə" davrandıqlarını (bir o qədər də olmasa da) göstərirlər. Həyəcanlı olaraq bu hissəciklər eksperimentçilər tərəfindən adlandırılan müxtəlif kvant vəziyyətləri arasında tullanır "psevdo spinning ».

Tədqiqatçılar bunu molekulların ətrafında qurulmuş qaçış yolları ilə müqayisə edirlər. Onlar bu trekləri “dərələr” adlandırırlar və bu fırlanan vəziyyətlərin manipulyasiyasını “valleytronics » (S).

Elektronlar lazer impulsları ilə həyəcanlanır. İnfraqırmızı impulsların polaritesindən asılı olaraq, onlar metal qəfəsin atomları ətrafında iki mümkün "dərədən" birini "zəbt edirlər". Bu iki vəziyyət dərhal sıfır bir kompüter məntiqində fenomenin istifadəsini təklif edir.

Elektron sıçrayışları femtosaniyə dövrlərində son dərəcə sürətlidir. Lazerlə idarə olunan sistemlərin inanılmaz sürətinin sirri də buradadır.

Bundan əlavə, elm adamları fiziki təsirlərə görə bu sistemlərin müəyyən mənada hər iki ştatda eyni vaxtda olduğunu iddia edirlər (superpozisiya) üçün imkanlar yaradır Tədqiqatçılar bütün bunların burada baş verdiyini vurğulayırlar otaq temperaturuəksər mövcud kvant kompüterləri kubit sistemlərinin mütləq sıfıra yaxın temperaturlara qədər soyudulmasını tələb edir.

"Uzun müddətdə biz işıq dalğasının tək salınmasından daha sürətli əməliyyatlar yerinə yetirən kvant cihazlarının yaradılmasının real imkanını görürük" dedi tədqiqatçı. Rupert Huber, Almaniyanın Regensburq Universitetinin fizika professoru.

Bununla belə, elm adamları hələ bu şəkildə heç bir real kvant əməliyyatı həyata keçirməyiblər, ona görə də otaq temperaturunda işləyən kvant kompüteri ideyası sırf nəzəri olaraq qalır. Eyni şey bu sistemin normal hesablama gücünə də aiddir. Yalnız rəqslərin işi nümayiş etdirildi və heç bir real hesablama əməliyyatı aparılmadı.

Yuxarıda təsvir edilənlərə bənzər təcrübələr artıq aparılmışdır. 2017-ci ildə tədqiqatın təsviri Nature Photonics-də, o cümlədən ABŞ-ın Miçiqan Universitetində dərc olunub. Orada 100 femtosaniyə davam edən lazer işığının impulsları elektronların vəziyyətinə nəzarət edən yarımkeçirici kristaldan keçirildi. Bir qayda olaraq, materialın strukturunda baş verən hadisələr əvvəllər təsvir edilənlərə bənzəyirdi. Bunlar kvant nəticələridir.

Yüngül çiplər və perovskitlər

et"kvant lazer kompüterləri » ona başqa cür yanaşırlar. Keçən oktyabr ayında ABŞ-Yaponiya-Avstraliya tədqiqat qrupu yüngül hesablama sistemi nümayiş etdirdi. Qubitlər əvəzinə yeni yanaşma lazer şüalarının və xüsusi kristalların fiziki vəziyyətindən istifadə edərək şüaları "sıxılmış işıq" adlanan xüsusi işıq növünə çevirir.

Klasterin vəziyyətinin kvant hesablama potensialını nümayiş etdirməsi üçün lazer müəyyən bir şəkildə ölçülməlidir və buna güzgülər, şüa emitentləri və optik liflərdən ibarət kvantla qarışmış şəbəkədən istifadə etməklə nail olunur (2). Bu yanaşma kifayət qədər yüksək hesablama sürətini təmin etməyən kiçik miqyasda təqdim olunur. Bununla belə, elm adamları modelin miqyaslı olduğunu və daha böyük strukturların istifadə olunan kvant və ikili modellər üzərində kvant üstünlüyünə nail ola biləcəyini deyirlər.

2. Güzgülərin dolaşıq şəbəkəsindən keçən lazer şüaları

"Mövcud kvant prosessorları təsir edici olsa da, onların çox böyük ölçülərə miqyasının miqyası ilə ölçülə bilməyəcəyi bəlli deyil", - Science Today qeyd edir. Nikolas Menicucci, Avstraliyanın Melburn şəhərindəki RMIT Universitetində Kvant Hesablama və Kommunikasiya Texnologiyaları Mərkəzində (CQC2T) töhfə verən tədqiqatçı. "Bizim yanaşmamız başlanğıcdan çipdə quraşdırılmış həddindən artıq genişlənmə ilə başlayır, çünki klaster vəziyyəti adlanan prosessor işıqdan hazırlanır."

Ultrasürətli fotonik sistemlər üçün yeni növ lazerlər də lazımdır (həmçinin bax:). Uzaq Şərq Federal Universitetinin (FEFU) alimləri - ITMO Universitetinin rusiyalı həmkarları, habelə Dallasdakı Texas Universiteti və Avstraliya Milli Universitetinin alimləri ilə birlikdə - 2019-cu ilin mart ayında ACS Nano jurnalında məlumat verdilər. səmərəli, sürətli və ucuz istehsal üsuludur perovskit lazerləri. Onların digər növlərdən üstünlüyü optik çiplər üçün böyük əhəmiyyət kəsb edən daha stabil işləməsidir.

“Bizim halid lazer çap texnologiyamız müxtəlif perovskit lazerlərinin kütləvi istehsalı üçün sadə, qənaətcil və yüksək idarə olunan üsul təqdim edir. Qeyd etmək lazımdır ki, ilk dəfə lazer çapı prosesində həndəsənin optimallaşdırılması sabit tək rejimli perovskit mikrolazerləri əldə etməyə imkan verir (3). Bu cür lazerlər müxtəlif optoelektronik və nanofotonik cihazların, sensorların və s.-nin işlənib hazırlanmasında perspektivlidir”, - FEFU mərkəzinin elmi işçisi Aleksey Jişşenko nəşrdə izah edib.

3. Perovskit lazer şüaları

Əlbəttə ki, biz tezliklə “lazerlərdə gəzən” fərdi kompüterləri görməyəcəyik. Yuxarıda təsvir edilən təcrübələr konsepsiyanın sübutu olsa da, hesablama sistemlərinin prototipləri belə deyil.

Bununla belə, işıq və lazer şüalarının təklif etdiyi sürətlər tədqiqatçılar, sonra isə mühəndislər üçün bu yoldan imtina etmək üçün çox cəlbedicidir.