Paul Sparks
0 
4449
482
En milliard operasjoner per sekund er ikke kult. Vet du hva er kult? En million milliarder operasjoner per sekund.
Det er løftet om en ny datateknikk som bruker laserlyspulser for å lage en prototype av den grunnleggende databehandlingsenheten, kalt litt, som kan bytte mellom dens av og på, eller "1" og "0" -tilstander, en kvadrillion ganger i sekundet. Det er omtrent 1 million ganger raskere enn bitene i moderne datamaskiner.
Konvensjonelle datamaskiner (alt fra kalkulatoren din til smarttelefonen eller den bærbare datamaskinen du bruker for å lese dette) tenke i form av 1s og 0s. Alt de gjør, fra å løse matematikkproblemer, til å representere verdenen til et videospill, utgjør en veldig omfattende samling av 1-eller-0-, ja-eller-nei-operasjoner. Og en typisk datamaskin i 2018 kan bruke silisiumbiter for å utføre mer eller mindre 1 milliard av disse operasjonene per sekund. [Vitenskapsfakta eller fiksjon? Sannsynligheten for 10 Sci-Fi-konsepter]
I dette eksperimentet pulserte forskerne infrarødt laserlys på honningkakeformede gitter av wolfram og selen, slik at silisiumbrikken kunne skifte fra "1" til "0" tilstander akkurat som en vanlig datamaskinprosessor - bare en million ganger raskere, iht. studien, som ble publisert i Nature 2. mai.
Det er et triks for hvordan elektronene oppfører seg i det bikakegitteret.
I de fleste molekyler kan elektronene i bane rundt seg hoppe i flere forskjellige kvantetilstander, eller "pseudospiner", når de blir begeistret. En god måte å forestille seg disse tilstandene er like forskjellige, løkker løpebaner rundt selve molekylet. (Forskere kaller disse sporene "daler", og manipulasjonen av disse spinnene "daltronikk.")
Når det ikke er opphisset, kan elektronet forbli nær molekylet og snu seg i late sirkler. Men begeistrer det elektronet, kanskje med et lysglimt, og det vil trenge å brenne av litt energi på et av de ytre sporene.
Wolfram-selen gitteret har bare to spor rundt seg for begeistrede elektroner å komme inn. Blink gitteret med en retning av infrarødt lys, og elektronet vil hoppe over på det første sporet. Flash det med en annen orientering av infrarødt lys, og elektronet vil hoppe over på det andre sporet. En datamaskin kan i teorien behandle disse sporene som 1s og 0s. Når det er et elektron på spor 1, er det en. Når det er på spor 0, er det et 0.
Avgjørende er at disse sporene (eller dalene) er like i nærheten, og elektronene trenger ikke å løpe på dem veldig lenge før de mister energien. Puls gitteret med infrarødt lys type en, og et elektron vil hoppe over på spor 1, men det vil bare sirkle det i "noen få femtosekunder", ifølge papiret, før det går tilbake til sin uoppspente tilstand i orbitalene nærmere kjernen. Et femtosekund er tusen millioner milliondeler av et sekund, ikke engang lenge nok til at en lysstråle krysser en enkelt rød blodcelle.
Så elektronene blir ikke lenge på banen, men når de først er på banen, vil flere lyspulser slå dem frem og tilbake mellom de to sporene før de har en sjanse til å falle tilbake i en uopphisset tilstand. Den frem og tilbake susingen, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - om og om igjen i utrolig raske blinker - er datamaskinens ting. Men i denne typen materiale, viste forskerne, kunne det skje mye raskere enn i moderne chips.
Forskerne løftet også muligheten for at gitteret deres kunne brukes til kvanteberegning ved romtemperatur. Det er en slags hellig gral for kvanteberegning, siden de fleste eksisterende kvantecomputere krever at forskere først skal avkjøle kvantebitene sine til nesten absolutt null, den kaldeste mulige temperaturen. Forskerne viste at det teoretisk er mulig å begeistre elektronene i dette gitteret til "superposisjoner" av 1 og 0 sporene - eller tvetydige tilstander om å være slags slags fuzzily på begge sporene samtidig - som er nødvendige for kvanteberegningsberegninger.
"På lang sikt ser vi en realistisk sjanse for å introdusere kvanteinformasjonsenheter som utfører operasjoner raskere enn en enkelt svingning av en lysbølge," sa studielederforfatter Rupert Huber, professor i fysikk ved University of Regensburg i Tyskland, i en uttalelse . Forskerne utførte imidlertid ikke noen kvanteoperasjoner på denne måten, så ideen om en kvantecomputer med romtemperatur er fremdeles helt teoretisk. Og faktisk var de klassiske (vanlige) operasjonene forskerne utførte på gitteret sitt bare meningsløse, frem og tilbake, 1 og 0-bytter. Gitteret har fremdeles ikke blitt brukt til å beregne noe. Dermed må forskere fremdeles vise at det kan brukes i en praktisk datamaskin.
Fortsatt kan eksperimentet åpne døren for ultrahurtig konvensjonell databehandling - og kanskje til og med kvanteberegning - i situasjoner som det var umulig å oppnå til nå.