คอมพิวเตอร์เลเซอร์

ความถี่สัญญาณนาฬิกา 1 GHz ในโปรเซสเซอร์คือหนึ่งพันล้านการทำงานต่อวินาที มีมากมาย แต่รุ่นที่ดีที่สุดในปัจจุบันสำหรับผู้บริโภคทั่วไปนั้นประสบความสำเร็จมากกว่าเดิมหลายเท่า เกิดอะไรขึ้นถ้ามันเร็วขึ้น ... มากกว่าล้านครั้ง?

นี่คือสิ่งที่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ใหม่ให้คำมั่นสัญญา โดยใช้แสงเลเซอร์พัลส์เพื่อสลับระหว่างสถานะ "1" และ "0" ต่อจากการคำนวณอย่างง่าย สี่พันล้านครั้งต่อวินาที.

ในการทดลองที่ดำเนินการในปี 2018 และอธิบายไว้ในวารสาร Nature นักวิจัยได้ยิงลำแสงเลเซอร์อินฟราเรดแบบพัลซิ่งที่อาร์เรย์ของทังสเตนและซีลีเนียม (1) แบบรังผึ้ง สิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะเป็นศูนย์และหนึ่งสถานะในชิปซิลิกอนที่รวมกัน เช่นเดียวกับในโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป เร็วขึ้นเพียงล้านเท่า

มันเกิดขึ้นได้อย่างไร? นักวิทยาศาสตร์อธิบายเป็นภาพกราฟิก โดยแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนในรังผึ้งโลหะมีพฤติกรรม "แปลกประหลาด" (แต่ไม่มาก) อนุภาคเหล่านี้กระโดดไปมาระหว่างสถานะควอนตัมที่แตกต่างกันซึ่งตั้งชื่อโดยผู้ทดลอง "หลอกหมุน ».

นักวิจัยเปรียบเทียบสิ่งนี้กับลู่วิ่งที่สร้างขึ้นรอบ ๆ โมเลกุล พวกเขาเรียกเส้นทางเหล่านี้ว่า "หุบเขา" และอธิบายการปั่นป่วนของสถานะการหมุนเหล่านี้ว่า "วัลเลย์โทรนิกส์ » (ส).

อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นด้วยพัลส์เลเซอร์ ขึ้นอยู่กับขั้วของพัลส์อินฟราเรด พวกเขา "ครอบครอง" หนึ่งในสอง "หุบเขา" ที่เป็นไปได้รอบอะตอมของโครงตาข่ายโลหะ ทั้งสองสถานะนี้แนะนำการใช้ปรากฏการณ์นี้ในตรรกะของคอมพิวเตอร์แบบศูนย์หนึ่งทันที

การกระโดดของอิเล็กตรอนนั้นเร็วมากในวัฏจักรเฟมโตวินาที และนี่คือความลับของความเร็วอันน่าทึ่งของระบบนำทางด้วยเลเซอร์

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังโต้แย้งว่าเนื่องจากอิทธิพลทางกายภาพ ระบบเหล่านี้มีความรู้สึกบางอย่างในทั้งสองสถานะในเวลาเดียวกัน (การซ้อนทับ) ซึ่งสร้างโอกาสให้ นักวิจัยเน้นว่าทั้งหมดนี้เกิดขึ้นใน อุณหภูมิห้องในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่ส่วนใหญ่ต้องการระบบของ qubits เพื่อให้อุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์

“ในระยะยาว เรามองเห็นความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการสร้างอุปกรณ์ควอนตัมที่ดำเนินการได้เร็วกว่าการสั่นของคลื่นแสงเพียงครั้งเดียว” นักวิจัยกล่าวในแถลงการณ์ Rupert Huberศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Regensburg ประเทศเยอรมนี

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ดำเนินการควอนตัมที่แท้จริงในลักษณะนี้ ดังนั้น แนวคิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องยังคงเป็นทฤษฎีอย่างหมดจด เช่นเดียวกับกำลังการคำนวณปกติของระบบนี้ มีการแสดงเฉพาะงานของการแกว่งและไม่มีการดำเนินการคำนวณจริง

การทดลองที่คล้ายกับที่อธิบายไว้ข้างต้นได้ดำเนินการไปแล้ว ในปี 2017 รายละเอียดของการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Photonics รวมทั้งที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนในสหรัฐอเมริกา ที่นั่น ชีพจรของแสงเลเซอร์ที่มีระยะเวลา 100 femtoseconds ถูกส่งผ่านคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์เพื่อควบคุมสถานะของอิเล็กตรอน ตามกฎแล้ว ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในโครงสร้างของวัสดุจะคล้ายกับที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ นี่คือผลที่ตามมาของควอนตัม

ชิปเบาและ perovskites

ทำ "คอมพิวเตอร์ควอนตัมเลเซอร์ » เขาได้รับการปฏิบัติต่างกัน เมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา ทีมวิจัยของสหรัฐฯ-ญี่ปุ่น-ออสเตรเลียได้สาธิตระบบคอมพิวเตอร์ที่มีน้ำหนักเบา แทนที่จะใช้ qubits วิธีการใหม่นี้ใช้สถานะทางกายภาพของลำแสงเลเซอร์และคริสตัลแบบกำหนดเองเพื่อเปลี่ยนลำแสงให้เป็นแสงชนิดพิเศษที่เรียกว่า "แสงบีบอัด"

เพื่อให้สถานะของคลัสเตอร์แสดงศักยภาพของการคำนวณด้วยควอนตัม เลเซอร์จะต้องถูกวัดในลักษณะที่แน่นอน และทำได้โดยใช้เครือข่ายกระจก ตัวปล่อยลำแสง และเส้นใยแก้วนำแสงที่พันกันควอนตัม (2) วิธีการนี้นำเสนอในขนาดที่เล็ก ซึ่งไม่ได้ให้ความเร็วในการคำนวณที่สูงเพียงพอ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าแบบจำลองนี้สามารถปรับขนาดได้ และในที่สุดโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นก็สามารถบรรลุความได้เปรียบด้านควอนตัมเหนือแบบจำลองควอนตัมและไบนารีที่ใช้

2. ลำแสงเลเซอร์ผ่านเครือข่ายกระจกที่พันกัน

“ในขณะที่โปรเซสเซอร์ควอนตัมในปัจจุบันนั้นน่าประทับใจ แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าจะปรับขนาดให้ใหญ่มากได้หรือไม่” Science Today กล่าว Nicolas Menicucciนักวิจัยร่วมที่ Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) ที่ RMIT University ในเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย "แนวทางของเราเริ่มต้นด้วยความสามารถในการปรับขนาดได้อย่างมากในชิปตั้งแต่เริ่มต้น เนื่องจากโปรเซสเซอร์ที่เรียกว่าสถานะคลัสเตอร์นั้นทำจากแสง"

เลเซอร์ชนิดใหม่ยังจำเป็นสำหรับระบบโฟโตนิกที่เร็วมาก (ดูเพิ่มเติมที่ :) นักวิทยาศาสตร์จาก Far Eastern Federal University (FEFU) ร่วมกับเพื่อนร่วมงานชาวรัสเซียจาก ITMO University รวมถึงนักวิทยาศาสตร์จาก University of Texas ที่ Dallas และ Australian National University รายงานในเดือนมีนาคม 2019 ในวารสาร ACS Nano ว่าพวกเขาได้พัฒนา วิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพ รวดเร็ว และราคาถูก เลเซอร์เพรอฟสกี้. ข้อได้เปรียบเหนือประเภทอื่นๆ คือ ทำงานได้เสถียรกว่า ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับชิปออปติคัล

“เทคโนโลยีการพิมพ์ด้วยเลเซอร์ฮาไลด์ของเราให้วิธีการที่ง่าย ประหยัด และควบคุมสูงในการผลิตเลเซอร์ perovskite จำนวนมาก สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าการปรับเรขาคณิตให้เหมาะสมในกระบวนการพิมพ์ด้วยเลเซอร์เป็นครั้งแรกทำให้ได้ไมโครเลเซอร์ perovskite โหมดเดียวที่เสถียร (3) เลเซอร์ดังกล่าวมีแนวโน้มในการพัฒนาอุปกรณ์ optoelectronic และ nanophotonic ต่างๆ เซ็นเซอร์ ฯลฯ "Aleksey Zhishchenko นักวิจัยจากศูนย์ FEFU อธิบายในเอกสารเผยแพร่

3. ลำแสงเลเซอร์ Perovskite

แน่นอนว่าเราจะไม่เห็นคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล "เดินบนเลเซอร์" ในไม่ช้านี้ จนถึงตอนนี้ การทดลองที่อธิบายข้างต้นเป็นการพิสูจน์แนวคิด ไม่ใช่แม้แต่ต้นแบบของระบบคอมพิวเตอร์

อย่างไรก็ตาม ความเร็วที่แสงและลำแสงเลเซอร์เสนอให้นั้นดึงดูดใจนักวิจัยและวิศวกร เกินกว่าจะปฏิเสธเส้นทางนี้