Mówiąc dokładniej, poinformowali o stworzeniu specjalnych hybrydowych cząstek. Połączyli tym sposobem właściwości światła i materii, tworząc jedną strukturę kwantową. Dzięki temu udało się uzyskać coś, co wcześniej wydawało się niemal niemożliwe: cząstki poruszające się z prędkością światła, a jednocześnie zdolne do silnych oddziaływań potrzebnych do wykonywania obliczeń komputerowych.
To właśnie tutaj tkwi największy problem fotonicznych komputerów przyszłości. Fotony, czyli cząstki światła, są idealne do przesyłania informacji. Nie posiadają masy spoczynkowej, nie nagrzewają układów tak jak elektrony i mogą poruszać się praktycznie bez oporu. Dlatego już dziś dominują w komunikacji światłowodowej oraz przesyle danych na duże odległości. Jednak mają jedną fundamentalną wadę: bardzo słabo oddziałują ze sobą nawzajem. A bez takich interakcji niezwykle trudno budować logiczne operacje potrzebne komputerom.
Zespół kierowany przez fizyka Bo Zhena znalazł sposób na obejście tego ograniczenia. Jego współpracownicy wykorzystali ultracienki półprzewodnik o grubości pojedynczych warstw atomowych i zamknęli światło w nanoskali wewnątrz specjalnej wnęki optycznej. W takich warunkach fotony zaczęły silnie sprzęgać się z elektronami obecnymi w materiale. Powstały w ten sposób egzotyczne cząstki łączące cechy obu światów, czyli szybkość światła i zdolność materii do wzajemnych oddziaływań.
Najważniejsze jest jednak to, że owe molekuły potrafią wykonywać przełączanie sygnałów optycznych. W praktyce oznacza to możliwość tworzenia logicznych operacji bez konieczności zamiany światła z powrotem na sygnał elektryczny. Dziś nawet najbardziej zaawansowane układy fotoniczne nadal muszą regularnie konwertować impulsy świetlne na elektrony, aby wykonywać bardziej złożone obliczenia. Ten proces spowalnia działanie systemów i zwiększa zużycie energii. Z nową strategią można tego uniknąć.
Jeśli wierzyć autorom – a jak na razie nie widzę ku temu przeciwskazań – to udało im się osiągnąć przełączanie optyczne przy zużyciu energii wynoszącym zaledwie około czterech femtodżuli, czyli czterech biliardowych części dżula. To ilość energii niewyobrażalnie mała w skali codziennych urządzeń elektronicznych. Dla porównania wystarcza jedynie do krótkiego zasilenia mikroskopijnej diody LED. Tak niski pobór energii może mieć ogromne znaczenie dla przyszłości sztucznej inteligencji, której rozwój coraz bardziej ograniczają koszty energetyczne.
Czytaj też: Nie jeden święty Graal, a dwa. Fizycy mówią o przełomie w dziedzinie fuzji jądrowej
Nie jest tajemnicą, iż obecny boom na AI może doprowadzić do gigantycznego wzrostu zużycia energii na świecie. Centra danych obsługujące modele sztucznej inteligencji już teraz pochłaniają ogromne ilości prądu i wymagają kosztownych systemów chłodzenia. Jeśli komputery fotoniczne rzeczywiście pozwolą wykonywać obliczenia przy znacznie mniejszym zużyciu energii, mogą stać się fundamentem nowej ery technologicznej. I taka wizja wydaje mi się naprawdę warta rozważenia. Hybrydowa natura nowych cząstek miałaby pozwolić na kontrolowanie bardzo delikatnych zjawisk kwantowych w sposób znacznie bardziej stabilny niż w wielu obecnych rozwiązaniach. To z kolei oznacza możliwość budowy bardziej praktycznych i skalowalnych systemów kwantowych działających bez ekstremalnych warunków laboratoryjnych.
Źródło: Eureka Alert, Physical Review Letters
