komputer laser

Frekuensi clock 1 GHz dalam prosesor adalah satu miliar operasi per detik. Banyak, tetapi model terbaik yang saat ini tersedia untuk konsumen rata-rata sudah mencapai beberapa kali lebih banyak. Bagaimana jika kecepatannya... jutaan kali lipat?

Inilah yang dijanjikan oleh teknologi komputasi baru, menggunakan pulsa sinar laser untuk beralih antara status "1" dan "0". Ini mengikuti dari perhitungan sederhana kuadriliun kali per detik.

Dalam percobaan yang dilakukan pada tahun 2018 dan dijelaskan dalam jurnal Nature, para peneliti menembakkan sinar laser inframerah berdenyut pada susunan sarang lebah tungsten dan selenium (1). Hal ini menyebabkan peralihan keadaan nol dan satu dalam chip silikon gabungan, seperti pada prosesor komputer konvensional, hanya satu juta kali lebih cepat.

Bagaimana hal itu terjadi? Para ilmuwan menggambarkannya secara grafis, menunjukkan bahwa elektron dalam sarang lebah logam berperilaku "aneh" (meskipun tidak sebanyak itu). Bersemangat, partikel-partikel ini melompat di antara keadaan kuantum yang berbeda, dinamai oleh para peneliti "berputar semu ».

Para peneliti membandingkan ini dengan treadmill yang dibangun di sekitar molekul. Mereka menyebut trek ini "lembah" dan menggambarkan manipulasi keadaan berputar ini sebagai "dolinatronik » (S).

Elektron tereksitasi oleh pulsa laser. Tergantung pada polaritas pulsa inframerah, mereka "menempati" salah satu dari dua kemungkinan "lembah" di sekitar atom kisi logam. Kedua negara ini segera menyarankan penggunaan fenomena dalam logika komputer nol-satu.

Lompatan elektron sangat cepat, dalam siklus femtosecond. Dan di sinilah letak rahasia kecepatan luar biasa dari sistem yang dipandu laser.

Selain itu, para ilmuwan berpendapat bahwa karena pengaruh fisik, sistem ini dalam beberapa hal berada di kedua negara pada saat yang sama (superposisi), yang menciptakan peluang untuk Para peneliti menekankan bahwa semua ini terjadi di suhu kamarsementara sebagian besar komputer kuantum yang ada memerlukan sistem qubit untuk didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak.

"Dalam jangka panjang, kami melihat kemungkinan nyata untuk menciptakan perangkat kuantum yang melakukan operasi lebih cepat daripada osilasi tunggal gelombang cahaya," kata peneliti dalam sebuah pernyataan. Rupert Huber, profesor fisika di Universitas Regensburg, Jerman.

Namun, para ilmuwan belum melakukan operasi kuantum nyata dengan cara ini, sehingga gagasan komputer kuantum yang beroperasi pada suhu kamar tetap murni teoretis. Hal yang sama berlaku untuk daya komputasi normal sistem ini. Hanya pekerjaan osilasi yang ditunjukkan dan tidak ada operasi komputasi nyata yang dilakukan.

Eksperimen serupa dengan yang dijelaskan di atas telah dilakukan. Pada tahun 2017, deskripsi penelitian ini dipublikasikan di Nature Photonics, termasuk di University of Michigan di AS. Di sana, pulsa sinar laser yang berlangsung 100 femtodetik dilewatkan melalui kristal semikonduktor, mengendalikan keadaan elektron. Sebagai aturan, fenomena yang terjadi dalam struktur material mirip dengan yang dijelaskan sebelumnya. Ini adalah konsekuensi kuantum.

Keripik ringan dan perovskit

Melakukan "komputer laser kuantum » dia diperlakukan berbeda. Oktober lalu, tim peneliti AS-Jepang-Australia mendemonstrasikan sistem komputasi yang ringan. Alih-alih qubit, pendekatan baru menggunakan keadaan fisik sinar laser dan kristal khusus untuk mengubah sinar menjadi jenis cahaya khusus yang disebut "cahaya terkompresi."

Agar keadaan kluster menunjukkan potensi komputasi kuantum, laser harus diukur dengan cara tertentu, dan ini dicapai dengan menggunakan jaringan cermin, pemancar sinar, dan serat optik yang terjerat kuantum (2). Pendekatan ini disajikan dalam skala kecil, yang tidak memberikan kecepatan komputasi yang cukup tinggi. Namun, para ilmuwan mengatakan model tersebut dapat diskalakan, dan struktur yang lebih besar pada akhirnya dapat mencapai keunggulan kuantum dibandingkan model kuantum dan biner yang digunakan.

2. Sinar laser melewati jaringan cermin yang kusut

“Meskipun prosesor kuantum saat ini mengesankan, tidak jelas apakah mereka dapat diskalakan ke ukuran yang sangat besar,” catat Science Today. Nicolas Menicucci, seorang peneliti yang berkontribusi di Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T) di RMIT University di Melbourne, Australia. “Pendekatan kami dimulai dengan skalabilitas ekstrem yang dibangun ke dalam chip sejak awal karena prosesor, yang disebut status cluster, terbuat dari cahaya.”

Jenis laser baru juga diperlukan untuk sistem fotonik ultracepat (lihat juga :). Para ilmuwan dari Far Eastern Federal University (FEFU) — bersama dengan rekan Rusia dari ITMO University, serta ilmuwan dari University of Texas di Dallas dan Australian National University — melaporkan pada Maret 2019 di jurnal ACS Nano bahwa mereka telah mengembangkan sebuah cara produksi yang efisien, cepat dan murah laser perovskit. Keuntungan mereka dibandingkan tipe lain adalah mereka bekerja lebih stabil, yang sangat penting untuk chip optik.

“Teknologi pencetakan laser halida kami menyediakan cara yang sederhana, ekonomis, dan sangat terkontrol untuk memproduksi secara massal berbagai laser perovskit. Penting untuk dicatat bahwa optimalisasi geometri dalam proses pencetakan laser untuk pertama kalinya memungkinkan untuk mendapatkan mikrolaser perovskit mode tunggal yang stabil (3). Laser semacam itu menjanjikan dalam pengembangan berbagai perangkat optoelektronik dan nanofotonik, sensor, dll., ”jelas Aleksey Zhishchenko, seorang peneliti di pusat FEFU, dalam publikasi.

3. Sinar laser perovskit

Tentu saja, kita tidak akan segera melihat komputer pribadi "berjalan di atas laser". Sementara eksperimen yang dijelaskan di atas adalah bukti konsep, bahkan bukan prototipe sistem komputasi.

Namun, kecepatan yang ditawarkan oleh cahaya dan sinar laser terlalu menggoda bagi para peneliti, dan kemudian para insinyur, untuk menolak jalan ini.