Nejrychlejší logické hradlo by mohlo milionkrát zrychlit počítače  
Precizní práce s laserovými paprsky vedla k průlomu ve femtosekundových elektrických pulzech generovaných laserem. Výsledkem je petahertzové logické hradlo, nejrychlejší v historii. Na obzoru se rýsuje elektronika světelných vln (lightwave electronics).

Femtosekundové, tj. petahertzové laserové logické hradlo. Kredit: Michael Osadciw / University of Rochester.
Femtosekundové, tj. petahertzové laserové logické hradlo. Kredit: Michael Osadciw / University of Rochester.
Milujeme rychlou elektroniku. A blížíme se ke zpracování informace těmi nejvyššími možnými rychlostmi, které za stávajících podmínek dovolují přírodní zákony. Slibné je v tomto směru využití laserů k ovládání pohybu elektronů a vytvoření elektronických obvodů, založených na tomto mechanismu. Říká se tomu „elektronika světelných vln“ (lightwave electronics).

Ignacio Franco. Kredit: University of Rochester.
Ignacio Franco.
Kredit: University of Rochester.

Lasery již nějakou dobu teoreticky umožňují generovat elektrické pulzy na úrovni femtosekund, čili miliontin miliardtin sekundy. Jednou z možností je ozařování nepatrných drátků založených na grafenu. Takto vytváření proud lze ovládat změnami fáze laserových pulzů. Zatím jsme ale příliš nezvládali v tomto časovém měřítku zpracovávat informaci.

 

S průlomem přichází mezinárodní výzkumný tým britské University of Rochester a německé Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, který vyvinul pozoruhodné logické hradlo (logic gate), základní logický prvek výpočetní techniky. Pracuje v časovém měřítku femtosekund a je tím pádem nejrychlejší na světě. Klíčem k úspěchu bylo využití a nezávislé ovládání nosičů reálného a virtuálního náboje, jejichž společným působením vznikají ultrarychlé elektrické pulzy.

 

„Reálné“ nosiče náboje jsou přitom elektrony excitované laserem, které se pohybují ve vytyčeném směru i po vypnutí laserového pulzu. „Virtuální“ nosiče náboje jsou zase elektrony, které vykazují pohyb v požadovaném směru pouze během trvání laserové pulzu. V dřívějších technologiích generování femtosekundových elektrických pulzů laserem docházelo k současnému absorbování reálných i virtuálních nosičů elektrického náboje, které společně utvářely výsledný proud.

Logo. Kredit: University of Rochester.
Logo. Kredit: University of Rochester.

V rámci nového výzkumu vědci zjistili, že změnami tvaru laserových pulzů je možné vytvářet elektrický proud, který je založený jen na reálných nebo jen na virtuálních nosičích náboje. Tímto způsobem je možné reálné a virtuální nosiče náboje ovládat nezávisle, což vede k dramatickému vylepšení designu komponent pro elektroniku světelných vln.

 

Revoluční logické hradlo otevírá dveře k dalšímu vývoji ultrarychlé elektroniky. V dosahu je petahertzová frekvence, tedy biliarda (tisíc bilionů) výpočetních operací za sekundu. Jak říká člen výzkumného týmu Ignacio Franco z Rochesteru, jde o skvělý příklad situace, kdy základní výzkum vede k novým převratným technologiím.

 

Literatura

University of Rochester 11. 5. 2022.

Nature 605: 251–255.

Datum: 14.05.2022
Tisk článku

Související články:

Vývojáři předvedli první mikročip, který ultrarychle komunikuje světlem     Autor: Stanislav Mihulka (24.12.2015)
Lasery by mohly milionkrát zrychlit polovodičové počítače     Autor: Stanislav Mihulka (17.05.2018)
Grafen umožní taktovat procesory na terahertzových frekvencích     Autor: Stanislav Mihulka (12.09.2018)



Diskuze:


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace