激光計算機

1 GHz 處理器的時脈速度是每秒十億次操作。 很多，但目前普通消費者可以買到的最好的型號已經實現了好幾倍的成績。 如果它加速……一百萬倍怎麼辦？

這就是新計算技術所承諾的，使用雷射脈衝在狀態“1”和“0”之間切換。 這是透過簡單的計算得出的 每秒千兆次.

在 2018 年進行並在《自然》雜誌上進行描述的實驗中，研究人員向鎢和硒蜂窩陣列發射脈衝紅外線雷射光束 (1)。 這導致組合矽晶片在零和一狀態之間切換，就像普通的電腦處理器一樣，僅快一百萬倍。

這怎麼發生的？ 科學家用圖形描述了這一點，表明金屬蜂窩中的電子行為「奇怪」（儘管沒有那麼奇怪）。 當激發時，這些粒子在不同的量子態之間跳躍，稱為“偽自旋”.

研究人員將其比作圍繞分子構建的跑步機。 他們將這些軌道稱為“山谷”，並將這些旋轉狀態的操縱描述為“多利諾電子學 » (S)。

電子被雷射脈衝激發。 根據紅外線脈衝的極性，它們「佔據」金屬晶格原子周圍兩個可能的「谷」之一。 這兩種狀態立即暗示了計算機邏輯零一現象的使用。

電子跳躍速度極快，以飛秒為單位。 這就是雷射導引系統令人難以置信的速度的秘密。

此外，科學家認為，由於物理影響，這些系統在某種意義上同時處於兩種狀態（疊加），這創造了機會。 研究人員強調，這一切都發生在 室內溫度而大多數現有的量子電腦需要量子位元的冷卻系統，使其溫度接近絕對零度。

研究人員在一份聲明中表示：“從長遠來看，我們確實有可能創造出比光波一次振盪更快的量子設備。” 魯伯特·胡貝爾，德國雷根斯堡大學物理學教授。

然而，科學家們還沒有以這種方式進行任何真正的量子操作，因此在室溫下運行的量子電腦的想法仍然純粹是理論上的。 這同樣適用於該系統的正常運算能力。 僅演示了振盪操作，​​沒有執行實際的計算操作。

與上述類似的實驗已經進行。 2017 年，該研究的描述發表在《自然光子學》雜誌上，其中包括美國密西根大學的研究。 在那裡，100 飛秒雷射脈衝穿過半導體晶體來監測電子的狀態。 一般來說，材料結構中發生的現象與前面所描述的現象相似。 量子後果也是如此。

輕晶片和鈣鈦礦

做 ”量子雷射計算機 » 他受到不同的對待。 去年十月，一個美國、日本、澳洲研究團隊展示了一種輕量級計算系統。 新方法不使用量子位元，而是使用雷射光束和定制晶體的物理狀態將光束轉換成一種稱為「壓縮光」的特殊類型的光。

為了使簇態展示量子計算潛力，必須以某種方式測量激光，這是透過使用鏡子、光束發射器和光纖的量子糾纏網路來實現的 (2)。 這種方法是小規模提出的，無法提供足夠高的計算速度。 然而，科學家表示，該模型是可擴展的，更大的結構最終可能比目前的量子和二元模型取得量子優勢。

2. 雷射光束穿過複雜的鏡子網絡

《今日科學》指出：“雖然目前的量子處理器令人印象深刻，但尚不清楚它們是否可以擴展到非常大的尺寸。” 尼可拉斯·梅尼庫奇是澳洲墨爾本皇家墨爾本理工大學量子計算與通訊技術中心 (CQC2T) 的參與研究員。 “我們的方法從一開始就在晶片中內置了極高的可擴展性，因為稱為集群狀態的處理器是由光製成的。”

超快光子系統也需要新型雷射（另見：）。 遠東聯邦大學 (FEFU) 的科學家與 ITMO 大學的俄羅斯同事以及來自德克薩斯大學達拉斯分校和澳大利亞國立大學的科學家於 2019 年 XNUMX 月在《ACS Nano》雜誌上報道稱，他們開發了一種高效、快速、廉價的生產方法 鈣鈦礦雷射。 與其他類型相比，它們的優勢在於運行更穩定，這對於光學晶片來說非常重要。

「我們的鹵化物雷射列印技術提供了一種簡單、經濟高效且高度可控的方法來大量生產各種鈣鈦礦雷射。 重要的是，雷射列印過程中的幾何優化首次能夠生產穩定的單模鈣鈦礦微型雷射 (3)。 這種雷射有望用於開發各種光電和奈米光子裝置、感測器等。」FEFU 中心研究員 Alexeyzhishchenko 在出版物中解釋道。

3. 鈣鈦礦雷射光束

當然，我們不會很快看到個人電腦「依靠雷射運行」。 到目前為止，上述實驗只是概念證明，甚至還不是計算系統的原型。

然而，光和雷射光束提供的速度對於研究人員和工程師來說太誘人了，無法放棄這條道路。