Лазерные импульсы помогут в создании сверхбыстрых компьютеров

Компьютеры, работающие в 100 тысяч раз быстрее, чем современные, могут в корне изменить нашу жизнь. Они могли бы помочь быстрее обнаружить отдаленные планеты или гораздо раньше диагностировать болезнь у пациента, а также многое другое. Группа исследователей, в которую вошли инженеры из Мичиганского университета, считают, что они нашли способ достичь этой цели  с помощью сверхкоротких лазерных импульсов. Исследователи разработали и продемонстрировали метод управления импульсами света продолжительностью в фемтосекунды, то есть квадриллионные доли секунды, который позоляет перемещать электроны быстрее и эффективнее. Мичиганский университет заявляет, что это шаг в направлении «световолновой» электроники, и в конечном итоге, квантовой вычислительной техники.

В современных компьютерах некоторые из электронов, проходящих через полупроводники, сталкиваются друг с другом и выделяют энергию в форме тепла. Это не очень эффективная технология. Исследователи использовали в качестве полупроводников кристаллы селенида галлия и направляли на них короткие лазерные импульсы. Эти импульсы перемещали электроны с одного энергетического уровня на другой, более высокий. Когда электроны возвращаются назад с более высоких энергетических уровней, они излучают еще более короткие импульсы.

Эти чрезвычайно короткие импульсы могут быть использованы для быстрого чтения и записи информации с помощью электронов, но чтобы появилась такая возможность, необходимо добиться контроля над этими импульсами. Группа ученых обнаружила, что изменение ориентации кристаллов позволяет им контролировать направление движения электронов и их характер их перемещений. Мичиганский университет объясняет, что «поскольку фемтосекундные импульсы достаточно коротки, чтобы перехватить электрон между переходом в возбужденное состояние и возвращением из этого состояния, они потенциально могут быть использованы для квантовых вычислений с использованием электронов в возбужденном состоянии в качестве q-битов, или квантовых битов.

Несмотря на то что предстоит сделать еще много работы, прежде чем этот метод сможет быть использован в рабочих световолновых или квантовых компьютерах, он представляет собой большой шаг на пути к цели. Ведущий исследователь профессор физики из университета в Регенсбурге Руперт Хубер сказал: «В течение нескольких последних лет мы и другие группы обнаружили, что колеблющееся электромагнитное поле сверхкоротких лазерных импульсов действительно может перемещать электроны в твердых телах вперед и назад. Все сразу воодушевились, потому что этот принцип можно использовать для построения будущих компьютеров, которые работали бы на беспрецедентно высоких тактовых частотах, от 10 до ста тысяч раз более высоких, чем самые продвинутые образцы современной электроники».