В будущем компьютеры станут «световолновыми»

Очередное исследование ученых показало, что чрезвычайно короткие, настраиваемые «фемтосекундные» (одна квадриллионная доля секунды) импульсы света могут стать основой для создания компьютеров, которые работают до 100 тыс. раз быстрее, чем любая современная электроника на основе кремния.

Инженеры Мичиганского университета в своих экспериментах показали способность контролировать максимальные всплески лазерных импульсов. Такой метод перемещает электроны намного быстрее и эффективнее, чем электрический ток, а также более надежно влияет на их квантовое состояние. Это шаг в сторону так называемой «световолновой» электроники, а в более отдаленном будущем – квантовых компьютерных вычислений.

В компьютере электроны движутся через проводники, хаотически врезаясь друг в друга и высвобождая энергию в виде тепла. Концепция «световолновой» электроники предполагает, что электроны будут управляться сверхбыстрыми лазерными импульсами. При этом высокая скорость не позволит им сталкиваться.

«За последние несколько лет мы вместе с другими группами ученых обнаружили, что колеблющееся электрическое поле сверхкоротких лазерных импульсов фактически заставляет двигаться электроны вперед и назад в твердых телах. Это было невероятно. Таким образом можно использовать этот принцип для создания будущих компьютеров, работающих на беспрецедентно высоких тактовых частотах», – сказал Руперт Хабер (Rupert Huber), профессор физики университета Регенсбурга (Германия).

Но сначала ученым необходимо научиться контролировать движение электронов в полупроводнике. Исследователи просвечивали очень короткими лазерными импульсами кристаллы полупроводника. Каждый импульс выстреливал высоко заряженными электронами, которые могли свободно перемещаться в разных направлениях. Внутри кристалла они достаточно быстрые и могут фиксировать, как другие электроны перемещаются между атомами. Поэтому они могут быть использованы для чтения и записи информации. В кристалле содержатся все возможности для того, чтобы контролировать лазерные импульсы.

Поскольку фемтосекундные импульсы способны перехватить электрон в положении, когда он входит в возбужденное состояние и выходит из него, они потенциально могут быть использованы для квантовых вычислений с использованием электронов в возбужденных состояниях. Но электрон достаточно мал, чтобы вести себя в качестве волны так же, как и в качестве частицы. Когда он находится в возбужденном состоянии, длина его волны меняется. К примеру, ученым удалось выхватить электрон одновременно в двух возбужденных состояниях, две волны мешали друг другу и оставили отпечаток в импульсе. В квантовом мире происходит и такое.

Это подлинный квантовый эффект в фемтосекундных импульсах рассматривается как новые управляемые частоты и направления колебаний. Таким образом, можно получить новые способы хранения информации или осуществить безопасную передачу информации через квантовую криптографию.