Stworzono femtosekundowe bramki logiczne. Ultraszybkie komputery nadchodzą

Naukowcy zrobili pierwszy ważny krok ku rewolucji w elektronice. Zaprezentowali bramkę logiczną działającą w czasie rzędu femtosekund. Dzięki temu ultraszybkie komputery naprawdę mogą być na horyzoncie.
Ultraszybkie komputery na horyzoncie
Ultraszybkie komputery na horyzoncie

Femtosekundowa bramka logiczna została stworzona przez naukowców z Uniwersytetu w Rochester i Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Urządzenie otwiera dzwi do przetwarzania informacji na granicy petaherców, gdzie można przetwarzać kwadrylion operacji obliczeniowych na sekundę. To prawie milion razy szybciej niż współczesne komputery pracujące z częstotliwością zegara gigahercowego. Szczegóły opisano w Nature.

Jest to wspaniały przykład tego, jak nauka podstawowa może prowadzić do nowych technologii.prof. Ignacio Franco z Uniwersytetu w Rochester

Ultraszybkie impulsy = ultraszybkie komputery

Naukowcy nauczyli się już wykorzystywać impulsy laserowe trwające kilka femtosekund do generowania ultraszybkich impulsów prądu elektrycznego. Możliwe jest to np. poprzez oświetlanie maleńkich drucików na bazie grafenu łączących dwa złote metale. Ultrakrótki impuls laserowy wprawia w ruch lub “wzbudza” elektrony w grafenie i wysyła je w określonym kierunku – generując w ten sposób prąd elektryczny.

Impulsy laserowe mogą wytwarzać prąd elektryczny znacznie szybciej niż jakakolwiek tradycyjna metoda – i to bez przyłożonego napięcia. Co więcej, kierunek i wielkość prądu można kontrolować po prostu poprzez zmianę kształtu impulsu laserowego (czyli zmianę jego fazy).

Czytaj też: Nowy nadprzewodnik przyspieszy komputery kwantowe 400 razy. Jego twórca przewiduje wiek nadprzewodników

Zespoły kierowane przez prof. Franco i Petera Hommelhoffa z FAU od kilku lat pracują nad przekształceniem fal świetlnych w ultraszybkie impulsy prądowe. Teraz uczeni wpadli na pewien pomysł. Okazuje się, że w układach złoto-grafen-złoto możliwe jest wygenerowanie “prawdziwych” i “wirtualnych” cząstek przenoszących ładunki.

Mianem “prawdziwych” nośników ładunku nazywamy elektrony wzbudzone przez światło, które poruszają się nawet po wyłączeniu impulsu laserowego. Z kolei “wirtualne” nośniki ładunku to elektrony, które są wprawiane w ruch kierunkowy tylko wtedy, gdy impuls lasera jest włączony. Są to nieuchwytne cząstki, które żyją tylko przejściowo podczas naświetlania. Grafen jest połączony ze złotem, więc zarówno prawdziwe, jak i wirtualne nośniki są absorbowane przez metal, wytwarzając prąd. Zmieniając kształt impulsu laserowego, można generować prądy, w których rolę odgrywają tylko prawdziwe lub wirtualne nośniki ładunku.

W ten sposób można stworzyć bramki logiczne działające w femtosekundowej skali czasu. Prawdopodobnie minie jeszcze dużo czasu, zanim tę technologię będzie można użyć w układzie scalonym komputera, ale przynajmniej wiemy, że tego typu rozwiązania są możliwe.

Dzięki teorii fundamentalnej i jej powiązaniu z eksperymentami, wyjaśniliśmy rolę wirtualnych i rzeczywistych nośników ładunku w prądach indukowanych laserem, a to otworzyło drogę do stworzenia ultraszybkich bramek logicznych.prof. Ignacio Franco