레이저 컴퓨터
프로세서의 1GHz 클록 주파수는 초당 XNUMX억 번의 작업을 수행합니다. 많지만 현재 일반 소비자가 사용할 수 있는 최고의 모델은 이미 몇 배 더 많은 것을 달성하고 있습니다. 속도가... 백만 배 이상 빨라지면 어떨까요?
이것이 바로 레이저 광 펄스를 사용하여 상태 "1"과 "0" 사이를 전환하는 새로운 컴퓨팅 기술이 약속하는 것입니다. 이는 간단한 계산으로 따지면 초당 천조 회.
2018년에 수행되어 Nature 저널에 설명된 실험에서 연구자들은 텅스텐과 셀레늄의 벌집 배열에 펄스 적외선 레이저 빔을 발사했습니다(1). 이로 인해 기존 컴퓨터 프로세서와 마찬가지로 결합된 실리콘 칩에서 XNUMX과 XNUMX 상태 전환이 발생했는데, 이는 단지 백만 배 더 빠릅니다.
어떻게이 일이 일어 났어요? 과학자들은 이것을 그래픽으로 설명하여 금속 벌집의 전자가 "이상하게"(그렇지는 않지만) 행동한다는 것을 보여줍니다. 흥분된 이 입자들은 실험자들이 명명한 서로 다른 양자 상태 사이를 점프합니다."의사 회전 ».
연구자들은 이것을 분자 주위에 만들어진 런닝머신과 비교합니다. 그들은 이러한 트랙을 "계곡"이라고 부르며 이러한 회전 상태의 조작을 다음과 같이 설명합니다.밸리트로닉스 » (에스).
전자는 레이저 펄스에 의해 여기됩니다. 적외선 펄스의 극성에 따라 금속 격자 원자 주변의 두 가지 "계곡" 중 하나를 "점유"합니다. 이 두 상태는 XNUMX-XNUMX 컴퓨터 논리에서 현상의 사용을 즉시 암시합니다.
전자 점프는 펨토초 주기로 매우 빠릅니다. 그리고 여기에 레이저 유도 시스템의 놀라운 속도의 비밀이 있습니다.
또한 과학자들은 물리적 영향으로 인해 이러한 시스템이 어떤 의미에서는 동시에 두 상태에 있다고 주장합니다(위에 놓기), 이는 다음과 같은 기회를 창출합니다. 연구자들은 이 모든 일이 다음 단계에서 일어난다고 강조합니다. 실온대부분의 기존 양자 컴퓨터는 큐비트 시스템을 절대 영도에 가까운 온도로 냉각해야 합니다.
연구원은 성명에서 “장기적으로 우리는 광파의 단일 진동보다 더 빠르게 작업을 수행하는 양자 장치를 만들 수 있는 실제 가능성을 보고 있습니다.”라고 말했습니다. 루퍼트 후버, 독일 레겐스부르크 대학교 물리학 교수.
그러나 과학자들은 아직 이런 방식으로 실제 양자 연산을 수행한 적이 없기 때문에 상온에서 작동하는 양자 컴퓨터에 대한 아이디어는 순전히 이론적으로 남아 있습니다. 이 시스템의 일반적인 컴퓨팅 성능에도 동일하게 적용됩니다. 진동 작업만 시연되었으며 실제 계산 작업은 수행되지 않았습니다.
위에서 설명한 것과 유사한 실험이 이미 수행되었습니다. 2017년에는 미국 미시간대학교를 비롯한 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 연구 내용이 게재됐다. 그곳에서 100펨토초 동안 지속되는 레이저 광 펄스가 반도체 결정을 통과하여 전자의 상태를 제어했습니다. 일반적으로 물질의 구조에서 발생하는 현상은 앞에서 설명한 것과 유사합니다. 이것이 양자 결과입니다.
가벼운 칩과 페로브스카이트
하다 "양자 레이저 컴퓨터 » 그는 다르게 대우받습니다. 지난 XNUMX월 미국-일본-호주 연구팀이 경량 컴퓨팅 시스템을 시연했습니다. 큐비트 대신 새로운 접근 방식은 레이저 빔과 맞춤형 결정의 물리적 상태를 사용하여 빔을 "압축광"이라는 특수한 유형의 빛으로 변환합니다.
클러스터의 상태가 양자 컴퓨팅의 잠재력을 입증하려면 레이저를 특정 방식으로 측정해야 하며 이는 거울, 빔 방출기 및 광섬유의 양자 얽힌 네트워크를 사용하여 달성됩니다(2). 이 접근 방식은 소규모로 제공되므로 충분히 높은 계산 속도를 제공하지 않습니다. 그러나 과학자들은 이 모델이 확장 가능하며 더 큰 구조가 결국 사용된 양자 및 이진 모델에 비해 양자 이점을 얻을 수 있다고 말합니다.
2. 얽힌 거울 네트워크를 통과하는 레이저 빔
Science Today는 “현재의 양자 프로세서는 인상적이지만 매우 큰 크기로 확장할 수 있는지 여부는 불분명합니다.”라고 말합니다. 니콜라스 메니쿠치, 호주 멜버른에 있는 RMIT 대학의 양자 컴퓨팅 및 통신 기술 센터(CQC2T)의 기고 연구원입니다. "우리의 접근 방식은 클러스터 상태라고 불리는 프로세서가 빛으로 만들어지기 때문에 처음부터 칩에 내장된 극도의 확장성에서 시작됩니다."
초고속 광자 시스템에는 새로운 유형의 레이저도 필요합니다(참조:). 극동연방대학교(FEFU)의 과학자들은 ITMO 대학교의 러시아 동료들, 댈러스에 있는 텍사스 대학교 및 호주 국립대학교의 과학자들과 함께 2019년 XNUMX월 ACS Nano 저널에 다음과 같은 방법을 개발했다고 보고했습니다. 효율적이고 빠르고 저렴한 생산 방법 페로브스카이트 레이저. 다른 유형에 비해 장점은 더 안정적으로 작동한다는 것이며 이는 광학 칩에 매우 중요합니다.
“우리의 할로겐화물 레이저 프린팅 기술은 다양한 페로브스카이트 레이저를 대량 생산할 수 있는 간단하고 경제적이며 고도로 제어되는 방법을 제공합니다. 처음으로 레이저 프린팅 과정에서 형상을 최적화하면 안정적인 단일 모드 페로브스카이트 마이크로레이저를 얻을 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다(3). 이러한 레이저는 다양한 광전자 및 나노포토닉 장치, 센서 등의 개발에 유망합니다.”라고 FEFU 센터의 연구원인 Aleksey Zhishchenko는 간행물에서 설명했습니다.
3. 페로브스카이트 레이저 빔
물론 우리는 곧 개인용 컴퓨터가 "레이저 위를 걷는" 모습을 볼 수 없을 것입니다. 위에 설명된 실험은 개념 증명일 뿐 컴퓨팅 시스템의 프로토타입은 아닙니다.
그러나 빛과 레이저 빔이 제공하는 속도는 연구원과 엔지니어가 이 경로를 거부하기에는 너무 유혹적입니다.
