computadoras láser

La frecuencia de reloj de 1 GHz en los procesadores es de mil millones de operaciones por segundo. Mucho, pero los mejores modelos disponibles actualmente para el consumidor medio ya están logrando varias veces más. ¿Y si acelera... un millón de veces?

Esto es lo que promete la nueva tecnología informática, utilizando pulsos de luz láser para cambiar entre los estados "1" y "0". Esto se sigue de un simple cálculo cuatrillones de veces por segundo.

En experimentos realizados en 2018 y descritos en la revista Nature, los investigadores dispararon rayos láser infrarrojos pulsados ​​a conjuntos de panal de tungsteno y selenio (1). Esto hizo que el estado de cero y uno cambiara en el chip de silicio combinado, al igual que en un procesador de computadora convencional, solo que un millón de veces más rápido.

¿Como paso? Los científicos lo describen gráficamente, mostrando que los electrones en los panales metálicos se comportan de forma "extraña" (aunque no tanto). Emocionadas, estas partículas saltan entre diferentes estados cuánticos, nombrados por los experimentadores”pseudo-hilado ».

Los investigadores comparan esto con cintas de correr construidas alrededor de moléculas. Llaman a estas pistas "valles" y describen la manipulación de estos estados giratorios como "valletronics » (S)

Los electrones son excitados por pulsos de láser. Según la polaridad de los pulsos infrarrojos, "ocupan" uno de los dos "valles" posibles alrededor de los átomos de la red metálica. Estos dos estados sugieren inmediatamente el uso del fenómeno en la lógica informática cero-uno.

Los saltos de electrones son extremadamente rápidos, en ciclos de femtosegundos. Y aquí radica el secreto de la increíble velocidad de los sistemas guiados por láser.

Además, los científicos argumentan que, debido a las influencias físicas, estos sistemas se encuentran en cierto sentido en ambos estados al mismo tiempo (superposición), lo que crea oportunidades para Los investigadores destacan que todo esto ocurre en temperatura ambientemientras que la mayoría de las computadoras cuánticas existentes requieren que los sistemas de qubits se enfríen a temperaturas cercanas al cero absoluto.

“A largo plazo, vemos una posibilidad real de crear dispositivos cuánticos que realicen operaciones más rápido que una sola oscilación de una onda de luz”, dijo el investigador en un comunicado. Rupert Huber, profesor de física en la Universidad de Ratisbona, Alemania.

Sin embargo, los científicos aún no han realizado ninguna operación cuántica real de esta manera, por lo que la idea de una computadora cuántica que funcione a temperatura ambiente sigue siendo puramente teórica. Lo mismo se aplica a la potencia de cálculo normal de este sistema. Solo se demostró el trabajo de las oscilaciones y no se realizaron operaciones computacionales reales.

Ya se han llevado a cabo experimentos similares a los descritos anteriormente. En 2017, se publicó una descripción del estudio en Nature Photonics, incluso en la Universidad de Michigan en los EE. UU. Allí, se hicieron pasar pulsos de luz láser de 100 femtosegundos a través de un cristal semiconductor, controlando el estado de los electrones. Como regla general, los fenómenos que ocurrían en la estructura del material eran similares a los descritos anteriormente. Estas son las consecuencias cuánticas.

Virutas ligeras y perovskitas

Hacer "computadoras láser cuánticas » él es tratado de manera diferente. En octubre pasado, un equipo de investigación estadounidense, japonés y australiano demostró un sistema informático liviano. En lugar de qubits, el nuevo enfoque utiliza el estado físico de los rayos láser y cristales personalizados para convertir los rayos en un tipo especial de luz llamada "luz comprimida".

Para que el estado del clúster demuestre el potencial de la computación cuántica, el láser debe medirse de cierta manera, y esto se logra utilizando una red entrelazada cuántica de espejos, emisores de haz y fibras ópticas (2). Este enfoque se presenta a pequeña escala, lo que no proporciona velocidades computacionales suficientemente altas. Sin embargo, los científicos dicen que el modelo es escalable y que las estructuras más grandes podrían eventualmente lograr una ventaja cuántica sobre los modelos cuánticos y binarios utilizados.

2. Rayos láser que pasan a través de una red enredada de espejos

“Si bien los procesadores cuánticos actuales son impresionantes, no está claro si se pueden escalar a tamaños muy grandes”, señala Science Today. Nicolás Menicucci, investigador colaborador del Centro de Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T) de la Universidad RMIT en Melbourne, Australia. "Nuestro enfoque comienza con una escalabilidad extrema integrada en el chip desde el principio porque el procesador, llamado clúster de estado, está hecho de luz".

También se necesitan nuevos tipos de láseres para sistemas fotónicos ultrarrápidos (ver también :). Científicos de la Universidad Federal del Lejano Oriente (FEFU), junto con colegas rusos de la Universidad ITMO, así como científicos de la Universidad de Texas en Dallas y la Universidad Nacional de Australia, informaron en marzo de 2019 en la revista ACS Nano que habían desarrollado un manera eficiente, rápida y económica de producir láseres de perovskita. Su ventaja sobre otros tipos es que funcionan de manera más estable, lo cual es de gran importancia para los chips ópticos.

“Nuestra tecnología de impresión láser de haluro proporciona una forma simple, económica y altamente controlada de producir en masa una variedad de láseres de perovskita. Es importante señalar que la optimización de la geometría en el proceso de impresión láser por primera vez permite obtener microláseres de perovskita monomodo estables (3). Dichos láseres son prometedores en el desarrollo de varios dispositivos optoelectrónicos y nanofotónicos, sensores, etc.”, explicó Aleksey Zhishchenko, investigador del centro FEFU, en la publicación.

3. Rayos láser de perovskita

Por supuesto, pronto no veremos computadoras personales “caminando sobre láseres”. Si bien los experimentos descritos anteriormente son pruebas de concepto, ni siquiera prototipos de sistemas informáticos.

Sin embargo, las velocidades que ofrecen los rayos de luz y láser son demasiado tentadoras para que los investigadores, y luego los ingenieros, rechacen este camino.