lazerli kompyuterlar

Protsessorlarda 1 gigagertsli soat chastotasi sekundiga bir milliard operatsiyani tashkil qiladi. Ko'p, lekin hozirda oddiy iste'molchi uchun mavjud bo'lgan eng yaxshi modellar allaqachon bir necha barobar ko'proq yutuqlarga erishmoqda. Agar u million marta tezlashsa-chi?

"1" va "0" holatlari o'rtasida almashinish uchun lazer nurlarining zarbalaridan foydalangan holda yangi hisoblash texnologiyasi va'da qiladi. Bu oddiy hisob-kitobdan kelib chiqadi soniyada kvadrillion marta.

2018 yilda o'tkazilgan va Nature jurnalida tasvirlangan eksperimentlarda tadqiqotchilar volfram va selenning chuqurchalar massivlariga impulsli infraqizil lazer nurlarini otishdi (1). Bu oddiy kompyuter protsessorida bo'lgani kabi, birlashtirilgan kremniy chipida nol va bir holatini faqat million marta tezroq almashtirishga olib keldi.

Bu qanday sodir bo'ldi? Olimlar buni grafik tarzda tasvirlab, metall chuqurchalardagi elektronlar o'zini "g'alati" tutishini ko'rsatadilar (garchi unchalik bo'lmasa ham). Bu zarralar hayajonlangan holda, tajribachilar tomonidan nomlangan turli kvant holatlari orasidan sakrab o'tadi.psevdo-spinning ».

Tadqiqotchilar buni molekulalar atrofida qurilgan yugurish yo'laklari bilan solishtirishadi. Ular bu treklarni "vodiylar" deb atashadi va bu aylanish holatlarining manipulyatsiyasini "dolinatronika » (S).

Elektronlar lazer impulslari bilan hayajonlanadi. Infraqizil impulslarning polaritesiga qarab, ular metall panjara atomlari atrofida mumkin bo'lgan ikkita "vodiy" dan birini "egallab oladi". Bu ikki holat darhol nol-bir kompyuter mantig'ida hodisadan foydalanishni taklif qiladi.

Elektronlarning sakrashi juda tez, femtosekundlik davrlarda. Va bu erda lazer bilan boshqariladigan tizimlarning ajoyib tezligining siri yotadi.

Bundan tashqari, olimlarning ta'kidlashicha, jismoniy ta'sirlar tufayli bu tizimlar qaysidir ma'noda bir vaqtning o'zida ikkala holatda ham (superpozitsiyauchun imkoniyatlar yaratadi Tadqiqotchilar ta'kidlashicha, bularning barchasi unda sodir bo'ladi xona haroratiKo'pgina mavjud kvant kompyuterlari kubit tizimlarini mutlaq nolga yaqin haroratgacha sovutishni talab qiladi.

"Uzoq muddatda biz yorug'lik to'lqinining bir marta tebranishidan ko'ra tezroq operatsiyalarni bajaradigan kvant qurilmalarini yaratishning haqiqiy imkoniyatini ko'rmoqdamiz", dedi tadqiqotchi bayonotida. Rupert Huber, Regensburg universitetining fizika professori, Germaniya.

Biroq, olimlar hali bu tarzda haqiqiy kvant operatsiyalarini amalga oshirmaganlar, shuning uchun xona haroratida ishlaydigan kvant kompyuterining g'oyasi faqat nazariy bo'lib qolmoqda. Xuddi shu narsa ushbu tizimning oddiy hisoblash quvvatiga ham tegishli. Faqat tebranishlar ishi ko'rsatildi va haqiqiy hisoblash operatsiyalari bajarilmadi.

Yuqorida tavsiflanganlarga o'xshash tajribalar allaqachon o'tkazilgan. 2017 yilda tadqiqotning tavsifi Nature Photonics jurnalida, shu jumladan AQShning Michigan universitetida nashr etilgan. U erda 100 femtosekund davom etadigan lazer nurlarining impulslari elektronlarning holatini nazorat qiluvchi yarimo'tkazgich kristalidan o'tkazildi. Qoida tariqasida, materialning tuzilishida sodir bo'lgan hodisalar ilgari tasvirlanganlarga o'xshash edi. Bular kvant oqibatlari.

Yengil chiplar va perovskitlar

Qilish"kvant lazerli kompyuterlar » unga boshqacha munosabatda bo'lishadi. O'tgan oktyabr oyida AQSh-Yaponiya-Avstraliya tadqiqot guruhi engil hisoblash tizimini namoyish etdi. Qubitlar o'rniga yangi yondashuv lazer nurlari va maxsus kristallarning jismoniy holatidan foydalanib, nurlarni "siqilgan yorug'lik" deb nomlangan maxsus yorug'lik turiga aylantiradi.

Klaster holati kvant hisoblash imkoniyatlarini namoyish etishi uchun lazerni ma'lum bir tarzda o'lchash kerak va bunga kvant bilan o'ralgan nometall tarmog'i, nur emitentlari va optik tolalar (2) yordamida erishiladi. Ushbu yondashuv kichik miqyosda taqdim etiladi, bu esa etarli darajada yuqori hisoblash tezligini ta'minlamaydi. Biroq, olimlarning ta'kidlashicha, model kengaytirilishi mumkin va kattaroq tuzilmalar oxir-oqibat ishlatiladigan kvant va ikkilik modellarga nisbatan kvant ustunligiga erishishi mumkin.

2. Ko'zgularning chigallashgan tarmog'idan o'tuvchi lazer nurlari

"Hozirgi kvant protsessorlari ta'sirchan bo'lsa-da, ularni juda katta o'lchamlarga ko'paytirish mumkinmi yoki yo'qmi, aniq emas", deb ta'kidlaydi Science Today. Nikolas Menicucci, Avstraliyaning Melburn shahridagi RMIT universiteti qoshidagi Kvant hisoblash va kommunikatsiya texnologiyalari markazida (CQC2T) o'z hissasini qo'shayotgan tadqiqotchi. "Bizning yondashuvimiz boshidan boshlab chipga o'rnatilgan haddan tashqari miqyoslilikdan boshlanadi, chunki klaster holati deb ataladigan protsessor yorug'likdan qilingan."

Ultrafast fotonik tizimlar uchun yangi turdagi lazerlar ham kerak (shuningdek qarang:). Uzoq Sharq Federal Universiteti (FEFU) olimlari ITMO universitetidagi rossiyalik hamkasblari, shuningdek Dallasdagi Texas universiteti va Avstraliya Milliy universiteti olimlari bilan birgalikda 2019-yil mart oyida ACS Nano jurnalida maʼlum qilishdiki ishlab chiqarishning samarali, tez va arzon usuli perovskit lazerlari. Ularning boshqa turlardan ustunligi shundaki, ular yanada barqaror ishlaydi, bu optik chiplar uchun katta ahamiyatga ega.

“Bizning galoid lazerli bosib chiqarish texnologiyamiz turli xil perovskit lazerlarini ommaviy ishlab chiqarishning oddiy, tejamkor va yuqori darajada nazorat qilinadigan usulini taqdim etadi. Shuni ta'kidlash kerakki, lazerli bosib chiqarish jarayonida geometriyani optimallashtirish birinchi marta barqaror bir rejimli perovskit mikrolazerlarni olish imkonini beradi (3). Bunday lazerlar turli xil optoelektronik va nanofotonik qurilmalar, datchiklar va boshqalarni ishlab chiqishda istiqbolli hisoblanadi”, — deb tushuntirdi nashrda FEFU markazi tadqiqotchisi Aleksey Jishchenko.

3. Perovskit lazer nurlari

Albatta, biz yaqinda "lazerlarda yuradigan" shaxsiy kompyuterlarni ko'rmaymiz. Hozircha yuqorida tavsiflangan tajribalar kontseptsiyaning isboti, hatto hisoblash tizimlarining prototiplari ham emas.

Biroq, yorug'lik va lazer nurlarining tezligi tadqiqotchilarni, keyin esa muhandislarni bu yo'ldan bosh tortish uchun juda jozibali.