ordenadores láser
A frecuencia de reloxo de 1 GHz nos procesadores é de mil millóns de operacións por segundo. Moito, pero os mellores modelos dispoñibles actualmente para o consumidor medio xa están a conseguir varias veces máis. E se se acelera... un millón de veces?
Isto é o que promete a nova tecnoloxía informática, utilizando pulsos de luz láser para cambiar entre os estados "1" e "0". Isto despréndese dun simple cálculo trillón de veces por segundo.
En experimentos realizados en 2018 e descritos na revista Nature, os investigadores dispararon raios láser infravermello pulsado contra matrices de panal de tungsteno e selenio (1). Isto fixo que o estado de cero e un cambiase no chip de silicio combinado, igual que nun procesador de ordenador convencional, só un millón de veces máis rápido.
Como pasou? Os científicos descríbeno gráficamente, mostrando que os electróns dos panales metálicos compórtanse de forma "estraña" (aínda que non tanto). Emocionadas, estas partículas saltan entre diferentes estados cuánticos, nomeados polos experimentadores "pseudo spinning ».
Os investigadores comparan isto coas cintas de correr construídas arredor de moléculas. Chaman a estas pistas "vales" e describen a manipulación destes estados de xirar como "valleytronics » (S).
Os electróns son excitados por pulsos láser. Dependendo da polaridade dos pulsos infravermellos, "ocupan" un dos dous posibles "vales" ao redor dos átomos da rede metálica. Estes dous estados suxiren inmediatamente o uso do fenómeno na lóxica informática cero-un.
Os saltos de electróns son extremadamente rápidos, en ciclos de femtosegundos. E aquí reside o segredo da incrible velocidade dos sistemas guiados por láser.
Ademais, os científicos argumentan que debido a influencias físicas, estes sistemas están en certo sentido en ambos estados ao mesmo tempo (superposición), que crea oportunidades para Os investigadores subliñan que todo isto ocorre en temperatura ambientementres que a maioría dos ordenadores cuánticos existentes requiren que os sistemas de qubits sexan arrefriados a temperaturas próximas ao cero absoluto.
"A longo prazo, vemos unha posibilidade real de crear dispositivos cuánticos que realicen operacións máis rápido que unha única oscilación dunha onda luminosa", dixo o investigador nun comunicado. Rupert Huber, profesor de física na Universidade de Regensburg, Alemaña.
Non obstante, os científicos aínda non realizaron ningunha operación cuántica real deste xeito, polo que a idea dun ordenador cuántico que funcione a temperatura ambiente segue sendo puramente teórica. O mesmo aplícase á potencia de cálculo normal deste sistema. Só se demostrou o traballo das oscilacións e non se realizaron operacións computacionais reais.
Xa se realizaron experimentos similares aos descritos anteriormente. En 2017, publicouse unha descrición do estudo en Nature Photonics, incluída na Universidade de Michigan nos EUA. Alí facíanse pasar pulsos de luz láser cunha duración de 100 femtosegundos a través dun cristal semicondutor, controlando o estado dos electróns. Como regra xeral, os fenómenos que ocorren na estrutura do material eran similares aos descritos anteriormente. Estas son as consecuencias cuánticas.
Fichas lixeiras e perovskitas
Fai "ordenadores láser cuántico » é tratado de xeito diferente. En outubro pasado, un equipo de investigación estadounidense, xaponés e australiano demostrou un sistema informático lixeiro. En lugar de qubits, o novo enfoque utiliza o estado físico dos raios láser e os cristais personalizados para converter os raios nun tipo especial de luz chamado "luz comprimida".
Para que o estado do clúster demostre o potencial da computación cuántica, o láser debe medirse de certa maneira, e isto conséguese mediante unha rede de espellos, emisores de feixe e fibras ópticas (2). Este enfoque preséntase a pequena escala, que non proporciona velocidades de cálculo suficientemente altas. Non obstante, os científicos din que o modelo é escalable e que as estruturas máis grandes poderían eventualmente conseguir unha vantaxe cuántica sobre os modelos cuánticos e binarios utilizados.
2. Feixes láser que pasan por unha rede enmarañada de espellos
"Aínda que os procesadores cuánticos actuais son impresionantes, non está claro se poden escalar a tamaños moi grandes", sinala Science Today. Nicolás Menicucci, investigador colaborador do Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) da Universidade RMIT de Melbourne, Australia. "O noso enfoque comeza cunha escalabilidade extrema integrada no chip desde o principio porque o procesador, chamado estado de clúster, está feito de luz".
Tamén se necesitan novos tipos de láseres para sistemas fotónicos ultrarrápidos (ver tamén:). Científicos da Universidade Federal do Extremo Oriente (FEFU), xunto con colegas rusos da Universidade ITMO, así como científicos da Universidade de Texas en Dallas e da Universidade Nacional de Australia, informaron en marzo de 2019 na revista ACS Nano que desenvolveran un forma eficiente, rápida e barata de producir láseres de perovskita. A súa vantaxe sobre outros tipos é que funcionan de forma máis estable, o que é de gran importancia para os chips ópticos.
"A nosa tecnoloxía de impresión con láser de halogenuro proporciona unha forma sinxela, económica e altamente controlada de producir en masa unha variedade de láseres de perovskita. É importante sinalar que a optimización da xeometría no proceso de impresión con láser permite por primeira vez obter microláseres de perovskita monomodo estables (3). Estes láseres son prometedores no desenvolvemento de varios dispositivos optoelectrónicos e nanofotónicos, sensores, etc.", explicou na publicación Aleksey Zhishchenko, investigador do centro FEFU.
3. Feixes láser de perovskita
Por suposto, non veremos ordenadores persoais "camiñando sobre láseres" en breve. Ata agora, os experimentos descritos anteriormente son probas de concepto, nin sequera prototipos de sistemas informáticos.
Non obstante, as velocidades que ofrecen os raios de luz e láser son demasiado tentadoras para que os investigadores, e despois os enxeñeiros, rexeiten este camiño.
