レーザーコンピューター

プロセッサの 1 GHz のクロック周波数は、XNUMX 秒あたり XNUMX 億回の操作です。たくさんありますが、平均的な消費者が現在利用できる最高のモデルは、すでに数倍以上の成果を上げています. XNUMX万倍以上スピードアップしたらどうなる？

これは、レーザー光のパルスを使用して状態「1」と「0」を切り替える新しいコンピューティング技術が約束するものです。これは簡単な計算から導き出される 毎秒千兆回.

2018 年に実施され、Nature 誌に掲載された実験では、研究者はタングステンとセレンのハニカムアレイにパルス赤外線レーザービームを発射しました (1)。これにより、結合されたシリコンチップ内で XNUMX と XNUMX の状態が切り替わり、従来のコンピュータープロセッサと同じように、わずか XNUMX 万倍の速さでした。

どうやってそうなった？科学者はそれをグラフで説明し、金属ハニカム内の電子が「奇妙な」振る舞いをすることを示しています（それほどではありません）。励起されたこれらの粒子は、実験者によって名付けられた異なる量子状態の間をジャンプします」擬似紡績 ».

研究者は、これを分子を中心に構築されたトレッドミルと比較しています。彼らはこれらのトラックを「谷」と呼び、これらの回転状態の操作を「ドリナトロニカ » （S）。

電子はレーザーパルスによって励起されます。赤外線パルスの極性に応じて、金属格子の原子の周囲にある XNUMX つの「谷」のうちの XNUMX つを「占有」します。これらの XNUMX つの状態は、XNUMX-XNUMX コンピューターロジックでの現象の使用を直ちに示唆します。

電子ジャンプは非常に速く、フェムト秒周期です。そして、ここにレーザー誘導システムの驚異的な速度の秘密があります。

さらに、科学者は、物理的な影響により、これらのシステムはある意味で同時に両方の状態にあると主張しています（重ね合わせ）、それは次の機会を生み出します研究者は、これがすべてで起こることを強調します室温一方、既存のほとんどの量子コンピューターでは、量子ビットのシステムを絶対零度に近い温度に冷却する必要があります。

「長期的には、光波の単一振動よりも高速な操作を実行する量子デバイスを作成する可能性が現実にあると考えています」と研究者は声明で述べています。 ルパート・フーバー、ドイツのレーゲンスブルク大学の物理学教授。

ただし、科学者はまだこの方法で実際の量子操作を実行していないため、室温で動作する量子コンピューターのアイデアは純粋に理論的なままです。同じことが、このシステムの通常の計算能力にも当てはまります。振動の仕事だけが示され、実際の計算操作は実行されませんでした。

上記と同様の実験がすでに行われています。 2017 年には、この研究の説明が、米国のミシガン大学を含む Nature Photonics に掲載されました。そこでは、100 フェムト秒持続するレーザー光のパルスが半導体結晶を通過し、電子の状態が制御されました。原則として、材料の構造で発生する現象は、以前に説明したものと似ていました。これらは量子的な結果です。

光チップとペロブスカイト

する "量子レーザーコンピューター » 彼は別様に扱われます。昨年 XNUMX 月、日米豪の研究チームが軽量コンピューティングシステムのデモを行いました。量子ビットの代わりに、新しいアプローチでは、レーザービームとカスタム結晶の物理的状態を使用して、ビームを「圧縮光」と呼ばれる特殊なタイプの光に変換します。

クラスターの状態が量子コンピューティングの可能性を示すためには、レーザーを特定の方法で測定する必要があります。これは、ミラー、ビームエミッター、および光ファイバーの量子もつれネットワークを使用して達成されます (2)。このアプローチは、十分に高い計算速度を提供しない小規模で提示されます。しかし、科学者たちは、このモデルはスケーラブルであり、より大きな構造は最終的に、使用されている量子およびバイナリモデルよりも量子的な利点を達成できると述べています。

2. 絡み合ったミラーのネットワークを通過するレーザービーム

「現在の量子プロセッサは印象的ですが、非常に大きなサイズにスケーリングできるかどうかは不明です」と Science Today は指摘しています。 ニコラス・メニクッチ、オーストラリアのメルボルンにある RMIT 大学の量子コンピューティングおよび通信技術センター (CQC2T) の貢献研究者。「クラスター状態と呼ばれるプロセッサは光でできているため、私たちのアプローチは、最初からチップに組み込まれた極端なスケーラビリティから始まります。」

超高速フォトニックシステムには、新しいタイプのレーザーも必要です (参照:)。極東連邦大学 (FEFU) の科学者は、ITMO 大学のロシアの同僚、テキサス大学ダラス校およびオーストラリア国立大学の科学者と共に、2019 年 XNUMX 月にジャーナル ACS Nano で彼らが開発したと報告しました。生産するための効率的で迅速かつ安価な方法 ペロブスカイトレーザー. 他のタイプよりも優れているのは、より安定して動作することです。これは、光学チップにとって非常に重要です。

「当社のハライドレーザー印刷技術は、さまざまなペロブスカイトレーザーを大量生産するための、シンプルで経済的で高度に制御された方法を提供します。レーザー印刷プロセスにおける形状最適化により、初めて安定したシングルモードペロブスカイトマイクロレーザーを得ることが可能になることに注意することが重要です (3)。そのようなレーザーは、さまざまなオプトエレクトロニクスおよびナノフォトニックデバイス、センサーなどの開発に有望です」と、FEFUセンターの研究者であるアレクセイ・ジシチェンコは出版物で説明しました。

3.ペロブスカイトレーザービーム

もちろん、パソコンが「レーザーの上を歩く」のをすぐに目にすることはありません。これまでのところ、上記の実験は概念実証であり、コンピューティングシステムのプロトタイプでさえありません。

しかし、光とレーザービームによって提供される速度は、研究者、そしてエンジニアがこの道を拒否するにはあまりにも魅力的です.