лазердик компьютерлер

Процессорлордогу 1 ГГц тактык жыштыгы секундасына бир миллиард операцияны түзөт. Көптөгөн, бирок учурда орточо керектөөчүгө жеткиликтүү мыкты моделдер буга чейин бир нече эсе көп жетишүүдө. Ал ылдамдаса эмне болот ... миллион эсе?

"1" жана "0" абалдарынын ортосунда которулуу үчүн лазер жарыгынын импульстарын колдонуу менен жаңы эсептөө технологиясы мына ушуну убада кылат. Бул жөнөкөй эсептөөдөн келип чыгат секундасына квадриллион жолу.

2018-жылы жүргүзүлгөн жана Nature журналында сүрөттөлгөн эксперименттерде изилдөөчүлөр вольфрам менен селендин бал массивдерине импульстук инфракызыл лазер нурларын атышты (1). Бул кадимки компьютердик процессордогудай эле, бир миллион эсе ылдамыраак, бириккен кремний чипинде нөл жана бир абалдын которулушун шарттады.

Бул кантип болду? Окумуштуулар аны графикалык түрдө сүрөттөп, металл балдагы электрондордун «кызык» (анчалык эмес) кыймылдаарын көрсөтүшөт. Толкунданган бул бөлүкчөлөр экспериментаторлор тарабынан аталган ар кандай кванттык абалдардын ортосунда секирип өтүшөт "псевдо-спиннинг".

Изилдөөчүлөр муну молекулалардын айланасында курулган чуркоо жолдоруна салыштырышат. Алар бул тректерди "өрөөндөр" деп аташат жана бул айлануу мамлекеттеринин манипуляциясын "долинатроника » (S).

Электрондор лазердик импульстар менен дүүлүктүрүлөт. Инфракызыл импульстардын полярдуулугуна жараша алар металл торчосунун атомдорунун айланасында мүмкүн болгон эки "өрөөндүн" бирин "элеп" алышат. Бул эки мамлекет дароо эле нөл-бир компьютер логикасында кубулушту колдонууну сунуштайт.

Электрондук секирүүлөр фемтосекунддук циклдерде өтө тез. Жана бул жерде лазер менен башкарылган системалардын укмуштуудай ылдамдыгынын сыры жатат.

Мындан тышкары, илимпоздор физикалык таасирлерден улам бул системалар кандайдыр бир мааниде бир эле учурда эки мамлекетте (суперпозиция) үчүн мүмкүнчүлүктөрдү түзүп берет Окумуштуулар мунун баары ичинде болоорун баса белгилешет бөлмө температурасыал эми учурдагы кванттык компьютерлердин көбү кубит системаларын абсолюттук нөлгө жакын температурага чейин муздатууну талап кылат.

"Узак мөөнөттүү келечекте биз жарык толкунунун бир термелүүсүнө караганда тезирээк операцияларды аткарган кванттык түзүлүштөрдү түзүүнүн реалдуу мүмкүнчүлүгүн көрүп жатабыз" деди изилдөөчү билдирүүсүндө. Руперт Хубер, Германиянын Регенсбург университетинин физика профессору.

Бирок, илимпоздор мындай жол менен эч кандай реалдуу кванттык операцияларды жасай элек, ошондуктан бөлмө температурасында иштеген кванттык компьютер идеясы теориялык жактан гана калууда. Бул системанын нормалдуу эсептөө кубаттуулугуна да тиешелүү. Термелүүлөрдүн иши гана көрсөтүлүп, реалдуу эсептөө операциялары аткарылган эмес.

Жогоруда айтылгандарга окшош эксперименттер буга чейин жүргүзүлгөн. 2017-жылы изилдөөнүн сүрөттөлүшү Nature Photonics журналында, анын ичинде АКШнын Мичиган университетинде жарыяланган. Ал жерде жарым өткөргүч кристалл аркылуу 100 фемтосекундга созулган лазер жарыгынын импульстары электрондордун абалын көзөмөлдөгөн. Эреже катары, материалдын түзүлүшүндө болуп жаткан кубулуштар мурда айтылгандарга окшош болгон. Бул кванттык кесепеттер.

Жеңил чиптер жана перовскиттер

кыл"кванттык лазердик компьютерлер » ага башкача мамиле кылынат. Өткөн жылдын октябрь айында АКШ-Япония-Австралия изилдөө тобу жеңил эсептөө системасын көрсөтүшкөн. Кубиттердин ордуна, жаңы ыкма нурларды "кысылган жарык" деп аталган жарыктын өзгөчө түрүнө айландыруу үчүн лазер нурларынын физикалык абалын жана атайын кристаллдарды колдонот.

Кластердин абалы кванттык эсептөөнүн потенциалын көрсөтүү үчүн лазерди белгилүү бир жол менен өлчөө керек жана бул күзгүлөрдүн, нур чыгаруучулардын жана оптикалык булалардын кванттык түйүндөрүн колдонуу менен жетишилет (2). Бул ыкма анча чоң эмес масштабда берилген, бул жетиштүү жогорку эсептөө ылдамдыгын камсыз кылбайт. Бирок, окумуштуулардын айтымында, модель масштабдуу жана чоңураак структуралар бара-бара колдонулган кванттык жана бинардык моделдерге караганда кванттык артыкчылыкка жетише алат.

2. Чаташкан күзгү тармагынан өткөн лазер нурлары

"Учурдагы кванттык процессорлор таасирдүү болгону менен, аларды өтө чоң өлчөмдөргө чейин кеңейтүү мүмкүнбү же жокпу белгисиз", - деп белгилейт Science Today. Николас Меничуччи, Австралиянын Мельбурн шаарындагы RMIT университетинин Кванттык эсептөө жана коммуникация технологиялары борборунун (CQC2T) изилдөөчүсү. "Биздин ыкма эң башынан чипке орнотулган экстремалдык масштабдалуудан башталат, анткени кластердик абал деп аталган процессор жарыктан жасалган."

Лазердин жаңы түрлөрү өтө ылдам фотоникалык системалар үчүн да керек (ошондой эле караңыз:). Ыраакы Чыгыш федералдык университетинин (FEFU) илимпоздору - ITMO университетиндеги орус кесиптештери, ошондой эле Далластагы Техас университетинин жана Австралиянын Улуттук университетинин окумуштуулары менен бирге 2019-жылдын март айында ACS Nano журналында алар иштеп чыгышкан. өндүрүштүн натыйжалуу, тез жана арзан жолу перовскит лазерлери. Алардын башка түрлөрүнөн артыкчылыгы – оптикалык микросхемалар үчүн чоң мааниге ээ болгон туруктуураак иштеши.

«Биздин галогендик лазердик басып чыгаруу технологиябыз ар кандай перовскит лазерлерин массалык түрдө чыгаруунун жөнөкөй, үнөмдүү жана жогорку көзөмөлгө алынган жолун камсыз кылат. Лазердик басып чыгаруу процессинде геометрияны оптималдаштыруу биринчи жолу стабилдүү бир режимдүү перовскиттик микролазерлерди (3) алууга мүмкүнчүлүк түзөрүн белгилей кетүү маанилүү. Мындай лазерлер ар кандай оптоэлектрондук жана нанофотоникалык түзүлүштөрдү, сенсорлорду жана башкаларды иштеп чыгууда келечектүү», - деп түшүндүрдү FEFU борборунун илимий кызматкери Алексей Жищенко басылмада.

3. Перовскиттик лазер нурлары

Албетте, биз жакында "лазерлерде жүргөн" персоналдык компьютерлерди көрбөйбүз. Жогоруда сүрөттөлгөн эксперименттер концепциянын далили болуп саналат, ал тургай эсептөө системаларынын прототиптери эмес.

Бирок жарык жана лазер нурлары сунуш кылган ылдамдыктар изилдөөчүлөр үчүн, андан кийин инженерлер үчүн бул жолдон баш тартууга өтө эле азгырып турат.