Paul Sparks
0 
3476
579
Miliard operacji na sekundę nie jest fajny. Wiesz, co jest fajne? Milion miliardów operacji na sekundę.
To obietnica nowej techniki obliczeniowej, która wykorzystuje impulsy światła laserowego do stworzenia prototypu podstawowej jednostki obliczeniowej, zwanej bitem, która mogłaby przełączać się między włączeniem i wyłączeniem lub stanami „1” i „0”, 1 biliard razy na sekundę. To około 1 milion razy szybciej niż bity w nowoczesnych komputerach.
Konwencjonalne komputery (wszystko od kalkulatora po smartfon lub laptop, na którym to czytasz) myślą w kategoriach jedynek i zer. Wszystko, co robią, od rozwiązywania problemów matematycznych po przedstawianie świata gry wideo, sprowadza się do bardzo rozbudowanej kolekcji operacji 1-lub-0, tak-lub-nie. A typowy komputer w 2018 roku może używać bitów krzemu do wykonywania mniej więcej 1 miliarda tych operacji na sekundę. [Science Fact czy Fiction? Wiarygodność 10 koncepcji Sci-Fi]
W tym eksperymencie naukowcy wysłali impulsowo podczerwone światło lasera na sieci wolframu i selenu w kształcie plastra miodu, umożliwiając chipowi krzemowemu przełączenie się ze stanu „1” na „0”, tak jak zwykły procesor komputera - tylko milion razy szybciej, zgodnie z badanie, które zostało opublikowane 2 maja w Nature.
To sztuczka, jak zachowują się elektrony w sieci o strukturze plastra miodu.
W większości cząsteczek elektrony na orbitach wokół nich mogą przechodzić w kilka różnych stanów kwantowych, zwanych „pseudospinami”, gdy ulegają pobudzeniu. Dobrym sposobem na wyobrażenie sobie tych stanów są różne, zapętlone tory wyścigowe wokół samej cząsteczki. (Badacze nazywają te tory „dolinami”, a manipulowanie tymi spinami „valleytronics”).
Nie wzbudzony elektron może pozostać blisko cząsteczki, obracając się leniwie w kółko. Ale wzbudzaj ten elektron, być może błyskiem światła, i będzie musiał spalić trochę energii na jednym z zewnętrznych torów.
Sieć wolframowo-selenowa ma tylko dwie ścieżki wokół siebie, przez które wchodzą wzbudzone elektrony. Błyskaj siecią z jedną orientacją światła podczerwonego, a elektron wskoczy na pierwszą ścieżkę. Błyskaj nim z inną orientacją światła podczerwonego, a elektron przeskoczy na drugą ścieżkę. Komputer mógłby teoretycznie traktować te ścieżki jako 1 i 0. Kiedy na ścieżce 1 znajduje się elektron, to jest 1. Gdy jest na ścieżce 0, to jest to 0.
Co najważniejsze, te ścieżki (lub doliny) są jakby blisko siebie, a elektrony nie muszą po nich biegać na długo przed utratą energii. Poddaj sieci impulsom światło podczerwone typu 1, a elektron wskoczy na ścieżkę 1, ale będzie ją okrążał tylko przez „kilka femtosekund”, według artykułu, po czym powróci do stanu nie wzbudzonego na orbitali bliżej jądra. Femtosekunda to jedna miliardowa milionowa część sekundy, która nie jest nawet wystarczająco długa, aby promień światła przeciął pojedynczą czerwoną krwinkę.
Tak więc elektrony nie pozostają długo na torze, ale kiedy znajdą się na ścieżce, dodatkowe impulsy światła będą je odrzucać między dwoma ścieżkami, zanim będą miały szansę wrócić do stanu niespokojnego. Te przepychanki w tę iz powrotem, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - w kółko w niewiarygodnie szybkich błyskach - to podstawa obliczeń. Ale w tego rodzaju materiale, jak wykazali naukowcy, może to nastąpić znacznie szybciej niż we współczesnych chipach.
Badacze podnieśli również możliwość wykorzystania ich sieci krystalicznej do obliczeń kwantowych w temperaturze pokojowej. To rodzaj świętego Graala dla obliczeń kwantowych, ponieważ większość istniejących komputerów kwantowych wymaga od naukowców, aby najpierw schłodzili swoje bity kwantowe prawie do zera absolutnego, najniższej możliwej temperatury. Naukowcy wykazali, że teoretycznie możliwe jest wzbudzenie elektronów w tej sieci do "superpozycji" ścieżek 1 i 0 - lub niejednoznacznych stanów bycia niejasnym niejasnym na obu ścieżkach w tym samym czasie - które są niezbędne dla obliczenia kwantowe.
„W dłuższej perspektywie widzimy realną szansę wprowadzenia kwantowych urządzeń informacyjnych, które wykonują operacje szybciej niż pojedyncza oscylacja fali świetlnej” - powiedział w oświadczeniu główny autor badania Rupert Huber, profesor fizyki na Uniwersytecie w Regensburgu w Niemczech. . Jednak naukowcy w rzeczywistości nie przeprowadzili w ten sposób żadnych operacji kwantowych, więc idea komputera kwantowego działającego w temperaturze pokojowej jest nadal całkowicie teoretyczna. I faktycznie, klasyczne (regularne) operacje, które badacze przeprowadzali na swojej sieci były po prostu bezsensownym przełączaniem tam iz powrotem, 1-i-0. Krata nadal nie została użyta do obliczenia niczego. Dlatego naukowcy nadal muszą wykazać, że można go wykorzystać w praktycznym komputerze.
Mimo to eksperyment może otworzyć drzwi do ultraszybkich konwencjonalnych obliczeń - a być może nawet obliczeń kwantowych - w sytuacjach, które do tej pory były niemożliwe do osiągnięcia.