лазерлік компьютерлер

Процессорлардағы 1 ГГц тактілік жиілігі секундына бір миллиард операцияны құрайды. Көп, бірақ қазіргі уақытта қарапайым тұтынушыға қол жетімді ең жақсы модельдер бірнеше есе көп жетістіктерге жетуде. Ол миллион есе жылдамдаса ше?

«1» және «0» күйлері арасында ауысу үшін лазер сәулесінің импульстерін пайдалана отырып, жаңа есептеу техникасы осыны уәде етеді. Бұл қарапайым есептеуден туындайды секундына квадриллион рет.

2018 жылы жүргізілген және Nature журналында сипатталған эксперименттерде зерттеушілер вольфрам мен селеннің бал ұяшық массивтеріне импульстік инфрақызыл лазер сәулелерін түсірді (1). Бұл кәдімгі компьютерлік процессордағы сияқты аралас кремний чипінде нөлдік және бір күйге ауысуды тудырды, тек миллион есе жылдамырақ.

Бұл қалай болды? Ғалымдар оны графикалық түрде сипаттап, металл ұяшықтарындағы электрондардың «біртүрлі» әрекет ететінін көрсетеді (бірақ соншалықты көп емес). Қуанған бұл бөлшектер экспериментшілер атаған әртүрлі кванттық күйлер арасында секіреді.псевдоспиннинг».

Зерттеушілер мұны молекулалардың айналасында салынған жүгіру жолдарымен салыстырады. Олар бұл жолдарды «алаңдар» деп атайды және бұл айналу күйлерінің айла-шарғысын «долинатроника » (S).

Электрондар лазерлік импульстар арқылы қозғалады. Инфрақызыл импульстердің полярлығына байланысты олар металл торының атомдарының айналасындағы мүмкін болатын екі «алқаптың» біреуін «алып алады». Бұл екі күй бірден нөлдік бір компьютерлік логикада құбылысты пайдалануды ұсынады.

Электрондық секірулер фемтосекундтық циклдерде өте жылдам. Лазермен басқарылатын жүйелердің керемет жылдамдығының сыры да осында.

Сонымен қатар, ғалымдар физикалық әсерлерге байланысты бұл жүйелер белгілі бір мағынада екі күйде бір уақытта болады (суперпозиция) мүмкіндіктер туғызады Зерттеушілер мұның барлығында болатынын атап көрсетеді бөлме температурасыал бар кванттық компьютерлердің көпшілігі кубит жүйелерін абсолютті нөлге жақын температураға дейін салқындатуды талап етеді.

«Ұзақ мерзімді перспективада біз жарық толқынының бір тербелісінен жылдамырақ операцияларды орындайтын кванттық құрылғыларды құрудың нақты мүмкіндігін көріп отырмыз», - деді зерттеуші мәлімдемесінде. Руперт Хубер, Регенсбург университетінің физика профессоры, Германия.

Дегенмен, ғалымдар бұл жолмен әлі нақты кванттық операцияларды орындаған жоқ, сондықтан бөлме температурасында жұмыс істейтін кванттық компьютер идеясы тек теориялық болып қала береді. Бұл жүйенің қалыпты есептеу қуатына да қатысты. Тек тербеліс жұмысы көрсетілді және нақты есептеу амалдары орындалмады.

Жоғарыда сипатталғанға ұқсас эксперименттер қазірдің өзінде жүргізілген. 2017 жылы зерттеудің сипаттамасы Nature Photonics журналында, соның ішінде АҚШ-тың Мичиган университетінде жарияланды. Онда 100 фемтосекундқа созылатын лазер сәулесінің импульстары электрондардың күйін басқаратын жартылай өткізгіш кристалдан өтті. Әдетте, материалдың құрылымында орын алатын құбылыстар бұрын сипатталғандарға ұқсас болды. Бұл кванттық салдарлар.

Жеңіл чиптер мен перовскиттер

Жасаңызкванттық лазерлік компьютерлер » оған басқаша қарайды. Өткен қазан айында АҚШ-Жапония-Австралия зерттеу тобы жеңіл есептеу жүйесін көрсетті. Кубиттердің орнына жаңа тәсіл сәулелерді «қысылған жарық» деп аталатын жарықтың ерекше түріне түрлендіру үшін лазер сәулелерінің физикалық күйін және реттелетін кристалдарды пайдаланады.

Кластердің күйі кванттық есептеулердің әлеуетін көрсету үшін лазерді белгілі бір әдіспен өлшеу керек және бұған айналардың, сәуле шығарғыштардың және оптикалық талшықтардың кванттық түйіскен желісін қолдану арқылы қол жеткізіледі (2). Бұл тәсіл жеткілікті жоғары есептеу жылдамдығын қамтамасыз етпейтін шағын масштабта ұсынылған. Дегенмен, ғалымдар модель масштабталатын және үлкен құрылымдар сайып келгенде, қолданылатын кванттық және екілік модельдерге қарағанда кванттық артықшылыққа қол жеткізе алады дейді.

2. Айналардың шиеленіскен желісі арқылы өтетін лазер сәулелері

«Қазіргі кванттық процессорлар әсерлі болғанымен, оларды өте үлкен өлшемдерге дейін масштабтауға болатын-болмайтыны белгісіз», - деп жазады Science Today. Николас Меничуччи, Австралияның Мельбурн қаласындағы RMIT университетінің Кванттық есептеу және коммуникациялық технологиялар орталығының (CQC2T) зерттеушісі. «Біздің көзқарасымыз чипке ең басынан бастап енгізілген экстремалды масштабтаудан басталады, өйткені кластер күйі деп аталатын процессор жарықтан жасалған».

Лазерлердің жаңа түрлері өте жылдам фотонды жүйелер үшін де қажет (сонымен бірге қараңыз:). Қиыр Шығыс федералды университетінің (FEFU) ғалымдары ITMO университетінің ресейлік әріптестерімен, сондай-ақ Далластағы Техас университетінің және Австралия ұлттық университетінің ғалымдарымен бірге 2019 жылдың наурыз айында ACS Nano журналында олар әзірлегенін хабарлады. өндірудің тиімді, жылдам және арзан тәсілі перовскит лазерлері. Олардың басқа түрлерден артықшылығы - олар тұрақты жұмыс істейді, бұл оптикалық чиптер үшін үлкен маңызға ие.

«Біздің галогенді лазерлік басып шығару технологиямыз әртүрлі перовскит лазерлерін жаппай өндірудің қарапайым, үнемді және жоғары бақыланатын жолын қамтамасыз етеді. Лазерлік басып шығару процесінде геометрияны оңтайландыру бірінші рет тұрақты бір режимді перовскиттік микролазерлерді (3) алуға мүмкіндік беретінін атап өту маңызды. Мұндай лазерлер әртүрлі оптоэлектрондық және нанофотоникалық құрылғыларды, сенсорларды және т.б. жасауда перспективалы болып табылады», - деп түсіндірді FEFU орталығының ғылыми қызметкері Алексей Жищенко басылымда.

3. Перовскиттік лазер сәулелері

Әрине, біз жақында «лазермен жүретін» дербес компьютерлерді көрмейміз. Жоғарыда сипатталған эксперименттер тұжырымдаманың дәлелі болса да, есептеу жүйелерінің прототиптері де емес.

Дегенмен, жарық пен лазер сәулелері ұсынатын жылдамдықтар зерттеушілерді, содан кейін инженерлерді бұл жолдан бас тартуға тым қызықтырады.