Ta technologia pozwoli budować 100 000 razy szybsze komputery

Femtosekundowe impulsy

Femtosekunda to biliardowa część sekundy. Niezwykle krótkie impulsy światła trwające femtosekundy, mogą służyć do poruszania elektronów szybciej i efektywniej. Elektrony poruszające się w półprzewodniku co jakiś czas uderzają w inne elektrony, uwalniając wtedy energię w postaci ciepła. Jak tłumaczą autorzy artykułu opublikowanego na stronie Uniwersytetu Michigan: Podczas gdy samochód jadący z dużą prędkością sprawia, iż prawdopodobieństwo tego, że jego kierowca w coś uderzy jest wyższe, to wysoka prędkość nadana elektronowi może sprawić, że czas jego podróży będzie tak krótki, iż będzie to statystycznie mało prawdopodobne aby w coś uderzył. Ma to być zaletą koncepcji określanej jako „lightwave electronics”, wykorzystującej super szybkie impulsy laserowe do wprawiania elektronów w ruch.

W ciągu ostatnich kilku lat, my i inne zespoły dokonaliśmy odkrycia, że oscylujące pole elektryczne super krótkich impulsów lasera może powodować ruch elektronów tam i z powrotem w ciałach stałych. Wszyscy byli podekscytowani, ponieważ istnieje możliwość wykorzystania tej zasady, aby w przyszłości konstruować komputery o częstotliwości cyklu zegarowego nawet sto tysięcy razy szybszej niż we współczesnej elektronice – mówi Rupert Huber z Uniwersytetu w Regensburgu.

Prace prowadzone przez naukowców pozwoliły na spowodowanie ruchu elektronów wewnątrz kryształu będącego półprzewodnikiem, wykorzystując do tego fale terahercowe (terahertz radiation), będące częścią promieniowania elektromagnetycznego z zakresu dalekiej podczerwieni.

Naukowcy świecą impulsami lasera trwającymi mniej niż 100 femtosekund, w kryształowy półprzewodnik.  Za każdym razem gdy dochodzi do emisji impulsu, elektrony przechodzą na wyższy poziom energetyczny i uzyskują wolność do poruszania się. Zmiana orientacji lasera pozwalała kontrolować kierunek ruchu elektronów.

Komputery kwantowe

Pracownicy naukowi są podekscytowani potencjalnymi zastosowaniami w komputerach kwantowych. Można by wykorzystywać elektrony w stanie wzbudzonym jako bity kwantowe. W przeciwieństwie do standardowych bitów – mogących być jedynie w stanie 1 lub 0 – kubity mogą znajdować się w stanie 1, 0 oraz w dowolnej superpozycji tych wartości. Stanowi to o wyjątkowości komputerów kwantowych, wykorzystujących zjawiska występujące w mechanice kwantowej.

Przykładowo, udało nam się wystrzelić pojedynczy elektron za pośrednictwem dwóch równoczesnych ścieżek, co klasycznie nie jest czymś wykonalnym. To świat kwantowy, dzieją się dziwne rzeczy – mówi Mackillo Kira z Uniwersytetu w Michigan.

Miło słyszeć o odkryciach potencjalnie prowadzących do możliwości budowania super szybkich komputerów kwantowych. Wszystko o czym mówią naukowcy prowadzący te badania może się wydawać odrealnione, a czasem nawet ciężkie do wyobrażenia, ale na szczęście jest jeszcze sporo czasu na zgłębianie wiedzy związanej z wynikami ich pracy. Zanim ich odkrycia zostaną faktycznie wykorzystywane, na pewno musi upłynąć jeszcze sporo czasu (w trakcie którego na pewno nie będą próżnować).

Źródło 1, 2, 3