激光计算机

处理器中 1 GHz 的时钟频率是每秒 XNUMX 亿次操作。 很多，但目前普通消费者可以使用的最好的模型已经实现了好几倍。 如果它加速...一百万倍呢？

这就是新的计算技术所承诺的，使用激光脉冲在状态“1”和“0”之间切换。 这是从一个简单的计算得出的 每秒千万亿次.

在 2018 年进行并在《自然》杂志上进行描述的实验中，研究人员向钨和硒的蜂窝阵列发射脉冲红外激光束 (1)。 这导致组合硅芯片中的零和一状态切换，就像在传统计算机处理器中一样，速度只有一百万倍。

这是怎么发生的？ 科学家们以图形方式对其进行了描述，表明金属蜂窝中的电子表现“奇怪”（尽管没有那么多）。 兴奋，这些粒子在不同的量子态之间跳跃，由实验者命名”伪纺 ».

研究人员将其与围绕分子构建的跑步机进行了比较。 他们称这些轨道为“山谷”，并将这些旋转状态的操纵描述为“谷电子 » （S）。

电子被激光脉冲激发。 根据红外脉冲的极性，它们“占据”金属晶格原子周围两个可能的“谷”之一。 这两种状态立即表明该现象在零一计算机逻辑中的应用。

电子跳跃非常快，以飞秒为周期。 这就是激光制导系统令人难以置信的速度的秘密。

此外，科学家们认为，由于物理影响，这些系统在某种意义上同时处于两种状态（叠加)，这创造了机会研究人员强调，这一切都发生在 室内温度而大多数现有的量子计算机需要将量子比特系统冷却到接近绝对零的温度。

研究人员在一份声明中说：“从长远来看，我们看到了创造比光波的单一振荡更快地执行操作的量子设备的真正可能性。” 鲁珀特·休伯，德国雷根斯堡大学物理学教授。

然而，科学家们还没有以这种方式进行任何真正的量子运算，因此量子计算机在室温下运行的想法仍然纯粹是理论上的。 这同样适用于该系统的正常计算能力。 仅演示了振荡的工作，没有执行真正的计算操作。

已经进行了与上述类似的实验。 2017 年，该研究的描述发表在 Nature Photonics 上，包括美国密歇根大学。 在那里，持续时间为 100 飞秒的激光脉冲通过半导体晶体，控制电子的状态。 通常，材料结构中出现的现象与前面描述的相似。 这些是量子后果。

光芯片和钙钛矿

做 ”量子激光计算机 » 他被区别对待。 去年 XNUMX 月，一个美日澳研究团队展示了一个轻量级计算系统。 新方法不是使用量子比特，而是使用激光束和定制晶体的物理状态将光束转换为一种称为“压缩光”的特殊类型的光。

为了使集群的状态展示量子计算的潜力，必须以某种方式测量激光，而这是使用镜子、光束发射器和光纤的量子纠缠网络来实现的 (2)。 这种方法是在小规模上提出的，它不能提供足够高的计算速度。 然而，科学家们表示，该模型是可扩展的，并且较大的结构最终可能会比所使用的量子和二元模型获得量子优势。

2. 激光束穿过错综复杂的镜子网络

“虽然目前的量子处理器令人印象深刻，但尚不清楚它们是否可以扩展到非常大的尺寸，”今日科学指出。 尼古拉斯·梅尼库奇，澳大利亚墨尔本 RMIT 大学量子计算和通信技术中心 (CQC2T) 的特约研究员。 “我们的方法从一开始就内置于芯片中的极端可扩展性开始，因为称为集群状态的处理器是由光组成的。”

超快光子系统也需要新型激光器（另见：）。 远东联邦大学 (FEFU) 的科学家与 ITMO 大学的俄罗斯同事以及德克萨斯大学达拉斯分校和澳大利亚国立大学的科学家一起于 2019 年 XNUMX 月在 ACS Nano 杂志上报告说，他们开发了一种高效、快速和廉价的生产方式 钙钛矿激光器. 它们相对于其他类型的优势是工作更稳定，这对于光学芯片来说非常重要。

“我们的卤化物激光打印技术提供了一种简单、经济且高度可控的方式来批量生产各种钙钛矿激光器。 值得注意的是，激光打印过程中的几何优化首次使获得稳定的单模钙钛矿微激光器成为可能 (3)。 这种激光器在开发各种光电和纳米光子器件、传感器等方面很有前景，”FEFU 中心的研究员 Aleksey Zhishchenko 在该出版物中解释道。

3. 钙钛矿激光束

当然，我们不会很快看到个人电脑“在激光上行走”。 虽然上述实验是概念证明，但甚至不是计算系统的原型。

然而，光和激光束提供的速度对于研究人员和工程师来说太诱人了，无法拒绝这条路径。