Joseph Norman
0 
1952
360
Miliarda operací za sekundu není v pohodě. Víš, co je v pohodě? Milión miliard operací za sekundu.
To je příslib nové výpočetní techniky, která využívá pulzy laserového světla k vytvoření prototypu základní jednotky výpočetní techniky, která se nazývá bit, která by mohla přepínat mezi jeho zapínáním a vypínáním, nebo stavy „1“ a „0“, 1 kvadrilion časy za sekundu. To je asi miliónkrát rychlejší než bit v moderních počítačích.
Běžné počítače (vše od kalkulačky až po chytrý telefon nebo notebook, který používáte ke čtení tohoto textu) přemýšlejí z hlediska 1s a 0s. Všechno, co dělají, od řešení matematických problémů až po představení světa videohry, představuje velmi komplikovanou sbírku operací 1 nebo 0, ano nebo ne. A typický počítač v roce 2018 může pomocí křemíkových bitů provádět více či méně 1 miliardu těchto operací za sekundu. [Věda nebo fikce? Pravděpodobnost 10 konceptů Sci-Fi]
V tomto experimentu vědci pulzovali infračerveným laserovým světlem na voštinovitých mřížích wolframu a selenu, což umožňuje, aby se křemíkový čip přepnul ze stavu „1“ na „0“ stejně jako normální počítačový procesor - podle miliónu krát rychlejší, podle studie, která byla publikována v Nature 2. května.
To je trik toho, jak se elektrony chovají v této voštinové mříži.
Ve většině molekul, elektrony na oběžné dráze kolem nich mohou skočit do několika různých kvantových stavů, nebo “pseudospins”, když oni jsou vzrušeni. Dobrým způsobem, jak si tyto stavy představit, jsou různé, opakující se závodní dráhy kolem samotné molekuly. (Vědci nazývají tyto stopy „údolími“ a manipulace s těmito zatočeními „údolítroniky“.)
Pokud je elektron nevyjasněný, může zůstat v blízkosti molekuly a otáčet se v líných kruzích. Ale excitujte ten elektron, možná zábleskem světla, a bude muset vypálit nějakou energii na jedné z vnějších stop.
Síť wolfram-selen má kolem sebe jen dvě stopy, aby vstoupily vzrušení elektrony. Blesk mřížkou s jednou orientací infračerveného světla a elektron skočí na první stopu. Blesk s jinou orientací infračerveného světla a elektron skočí na druhou stopu. Počítač by teoreticky mohl považovat tyto stopy za 1 s a 0 s. Když je na stopě 1 elektron, je to 1. Když je na stopě 0, je to 0.
Je důležité, že tyto stopy (nebo údolí) jsou trochu blízko sebe a elektrony na ně nemusí běžet velmi dlouho, než ztratí energii. Impulzujte mříž infračerveným světlem typu jedna a elektron skočí na stopu 1, ale podle papíru ji pouze zakroužkuje „několik femtosekund“, než se vrátí do svého nečekaného stavu na orbitálech blíže k jádru. Fytosekunda je tisícimiliontina sekundy, ani tak dlouhá, aby paprsek světla překročil jednu červenou krvinku.
Elektrony tak na trati nezůstanou dlouho, ale jakmile jsou na trati, další impulsy světla je srazí tam a zpět mezi oběma stopami, než budou mít šanci upadnout zpět do nevyskočeného stavu. To zpětné a dálné řazení, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - znovu a znovu v neuvěřitelně rychlých záblescích - je věcí výpočetní techniky. Ale v tomto druhu materiálu vědci ukázali, že se to může stát mnohem rychleji než u současných čipů.
Vědci také zdůraznili možnost, že jejich mříž může být použita pro kvantové výpočty při pokojové teplotě. To je druh svatého grálu pro kvantové výpočty, protože většina existujících kvantových počítačů vyžaduje, aby vědci nejprve ochladili své kvantové bity na téměř absolutní nulu, nejchladnější možnou teplotu. Vědci ukázali, že je teoreticky možné excitovat elektrony v této mříži k „superpozicím“ 1 a 0 stop - nebo nejasným stavům, že jsou jakousi druhem mylně na obou stopách současně - které jsou nezbytné pro kvantově-výpočtové výpočty.
"Z dlouhodobého hlediska vidíme realistickou šanci zavést kvantová informační zařízení, která provádějí operace rychleji než jediné kmitání světelné vlny," uvedl ve sdělení vedoucí autor studie Rupert Huber, profesor fyziky na univerzitě v Regensburgu v Německu. . Vědci však tímto způsobem ve skutečnosti nevykonávali žádné kvantové operace, takže myšlenka kvantového počítače s pokojovou teplotou je stále zcela teoretická. A ve skutečnosti byly klasické operace (běžného typu), které vědci prováděli na mříži, prostě bezvýznamné, přepínání tam a zpět, přepínání 1 a 0. Mříž stále nebyla použita k výpočtu nic. Vědci tedy stále musí prokázat, že může být použit v praktickém počítači.
Přesto experiment mohl otevřít dveře ultrarychlé konvenční práci s počítačem - a možná dokonce i kvantovému zpracování - v situacích, které nebylo dosud možné dosáhnout..