מחשבי לייזר

תדר השעון של 1 GHz במעבדים הוא מיליארד פעולות בשנייה. הרבה, אבל הדגמים הטובים ביותר הזמינים כיום לצרכן הממוצע כבר משיגים פי כמה. מה אם זה יזרז... פי מיליון?

זה מה שמבטיחה טכנולוגיית מחשוב חדשה, תוך שימוש בפולסים של אור לייזר כדי לעבור בין מצבים "1" ו-"0". זה נובע מחישוב פשוט קוודריליון פעמים בשנייה.

בניסויים שנערכו בשנת 2018 ותוארו בכתב העת Nature, חוקרים ירו קרני לייזר אינפרא אדום פועם לעבר מערכי חלת דבש של טונגסטן וסלניום (1). זה גרם למצב של אפס ואחד לעבור בשבב הסיליקון המשולב, ממש כמו במעבד מחשב קונבנציונלי, רק פי מיליון מהר יותר.

איך זה קרה? המדענים מתארים זאת בצורה גרפית, ומראים שהאלקטרונים שבחלות הדבש המתכתיות מתנהגים "מוזר" (אם כי לא באותה מידה). נרגשים, חלקיקים אלה קופצים בין מצבי קוונטיים שונים, שנקראו על ידי נסיינים "פסאודו-ספינינג ».

החוקרים משווים זאת להליכונים שנבנו סביב מולקולות. הם קוראים למסלולים האלה "עמקים" ומתארים את המניפולציה של המצבים המסתחררים האלה כ"valleytronics » (S).

אלקטרונים נרגשים על ידי פולסי לייזר. בהתאם לקוטביות של פולסי האינפרא אדום, הם "תופסים" אחד משני "עמקים" אפשריים סביב האטומים של סריג המתכת. שני המצבים הללו מציעים מיד את השימוש בתופעה בלוגיקה ממוחשבת אפס אחת.

קפיצות האלקטרונים מהירות במיוחד, במחזורי פמט-שנייה. וכאן טמון סוד המהירות המדהימה של מערכות מונחות לייזר.

בנוסף, מדענים טוענים שבשל השפעות פיזיקליות, מערכות אלו נמצאות במובן מסוים בשני המדינות בו-זמנית (חֲפִיפָה), מה שיוצר הזדמנויות עבור החוקרים מדגישים שכל זה קורה ב טמפרטורת חדרבעוד שרוב המחשבים הקוונטים הקיימים דורשים קירור של מערכות קיוביטים לטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט.

"בטווח הארוך, אנו רואים אפשרות אמיתית ליצור מכשירים קוונטיים שמבצעים פעולות מהר יותר מתנודה בודדת של גל אור", אמר החוקר בהצהרה. רופרט הובר, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת רגנסבורג, גרמניה.

עם זאת, מדענים עדיין לא ביצעו פעולות קוונטיות אמיתיות בדרך זו, כך שהרעיון של מחשב קוונטי הפועל בטמפרטורת החדר נשאר תיאורטי בלבד. אותו הדבר חל על כוח המחשוב הרגיל של מערכת זו. רק עבודת התנודות הודגמה ולא בוצעו פעולות חישוביות של ממש.

ניסויים דומים לאלה שתוארו לעיל כבר בוצעו. בשנת 2017 פורסם תיאור המחקר ב-Nature Photonics, כולל באוניברסיטת מישיגן בארה"ב. שם, פולסים של אור לייזר שנמשכו 100 פמט-שניות הועברו דרך גביש מוליכים למחצה, השולטים על מצב האלקטרונים. ככלל, התופעות המתרחשות במבנה החומר היו דומות לאלו שתוארו קודם לכן. אלו ההשלכות הקוונטיות.

צ'יפס קל ופרובסקיטים

תעשה"מחשבי לייזר קוונטי » מתייחסים אליו אחרת. באוקטובר האחרון, צוות מחקר אמריקאי-יפני-אוסטרלי הדגים מערכת מחשוב קלת משקל. במקום קיוביטים, הגישה החדשה משתמשת במצב הפיזי של קרני לייזר וגבישים מותאמים אישית כדי להמיר את הקרניים לסוג מיוחד של אור הנקרא "אור דחוס".

כדי שמצב האשכול ידגים את הפוטנציאל של מחשוב קוונטי, יש למדוד את הלייזר בצורה מסוימת, וזאת באמצעות רשת סבוכה קוונטית של מראות, פולטי אלומה וסיבים אופטיים (2). גישה זו מוצגת בקנה מידה קטן, שאינו מספק מהירויות חישוב גבוהות מספיק. עם זאת, המדענים אומרים שהמודל ניתן להרחבה, ומבנים גדולים יותר יכולים בסופו של דבר להשיג יתרון קוונטי על פני המודלים הקוונטיים והבינאריים שבהם נעשה שימוש.

2. קרני לייזר העוברות דרך רשת סבוכה של מראות

"למרות שהמעבדים הקוונטיים הנוכחיים מרשימים, לא ברור אם ניתן להגדיל אותם לגדלים גדולים מאוד", מציין Science Today. ניקולס מניקוצ'י, חוקר תורם במרכז למחשוב קוונטי וטכנולוגיית תקשורת (CQC2T) באוניברסיטת RMIT במלבורן, אוסטרליה. "הגישה שלנו מתחילה עם מדרגיות קיצונית המובנית בשבב מההתחלה מכיוון שהמעבד, שנקרא מצב האשכולות, עשוי מאור".

יש צורך גם בסוגים חדשים של לייזרים למערכות פוטוניות מהירות במיוחד (ראה גם:). מדענים מהאוניברסיטה הפדרלית של המזרח הרחוק (FEFU) - יחד עם עמיתים רוסים מאוניברסיטת ITMO, כמו גם מדענים מאוניברסיטת טקסס בדאלאס והאוניברסיטה הלאומית האוסטרלית - דיווחו במרץ 2019 בכתב העת ACS Nano שהם פיתחו דרך יעילה, מהירה וזולה לייצור לייזרים פרוסקיט. היתרון שלהם על פני סוגים אחרים הוא שהם עובדים בצורה יציבה יותר, וזה בעל חשיבות רבה עבור שבבים אופטיים.

"טכנולוגיית הדפסת הלייזר ההלידית שלנו מספקת דרך פשוטה, חסכונית ומבוקרת מאוד לייצור המוני של מגוון לייזרים פרוסקיט. חשוב לציין שאופטימיזציה של הגיאומטריה בתהליך הדפסת לייזר מאפשרת לראשונה להשיג מיקרולייזרים יציבים מסוג perovskite (3). לייזרים כאלה מבטיחים בפיתוח של מכשירים אופטו-אלקטרוניים וננו-פוטונים שונים, חיישנים וכו'", הסביר אלכסי ז'ישצ'נקו, חוקר במרכז FEFU, בפרסום.

3. קרני לייזר פרוסקיט

כמובן, לא נראה בקרוב מחשבים אישיים "הולכים על לייזרים". עד כה, הניסויים שתוארו לעיל הם הוכחות לקונספט, אפילו לא אבות טיפוס של מערכות מחשוב.

עם זאת, המהירויות שמציעות קרני האור והלייזר מפתות מדי עבור חוקרים, ולאחר מכן מהנדסים, לסרב לנתיב זה.