computadores a laser
A frequência de clock de 1 GHz em processadores é de um bilhão de operações por segundo. Muito, mas os melhores modelos atualmente disponíveis para o consumidor médio já estão alcançando várias vezes mais. E se acelerar... um milhão de vezes?
É isso que a nova tecnologia de computação promete, usando pulsos de luz laser para alternar entre os estados "1" e "0". Isso decorre de um cálculo simples quatrilhão de vezes por segundo.
Em experimentos realizados em 2018 e descritos na revista Nature, os pesquisadores dispararam feixes de laser infravermelho pulsado em matrizes de favo de mel de tungstênio e selênio (1). Isso causou uma comutação de estado zero e um no chip de silício combinado, assim como em um processador de computador convencional, apenas um milhão de vezes mais rápido.
Como isso aconteceu? Os cientistas o descrevem graficamente, mostrando que os elétrons no favo de mel de metal se comportam "estranhamente" (embora não tanto). Empolgadas, essas partículas saltam entre diferentes estados quânticos, nomeados pelos experimentadores "pseudo-fiação ».
Os pesquisadores comparam isso com esteiras construídas em torno de moléculas. Eles chamam essas faixas de "vales" e descrevem a manipulação desses estados giratórios como "valetrônica » (S).
Os elétrons são excitados por pulsos de laser. Dependendo da polaridade dos pulsos infravermelhos, eles "ocupam" um dos dois "vales" possíveis ao redor dos átomos da rede metálica. Esses dois estados sugerem imediatamente o uso do fenômeno na lógica de computador zero-um.
Os saltos de elétrons são extremamente rápidos, em ciclos de femtossegundos. E aqui está o segredo da incrível velocidade dos sistemas guiados por laser.
Além disso, os cientistas argumentam que, devido a influências físicas, esses sistemas estão em algum sentido em ambos os estados ao mesmo tempo (sobreposição), o que cria oportunidades para Os pesquisadores enfatizam que tudo isso acontece em temperatura do quartoenquanto a maioria dos computadores quânticos existentes exige que os sistemas de qubits sejam resfriados a temperaturas próximas ao zero absoluto.
“A longo prazo, vemos uma possibilidade real de criar dispositivos quânticos que realizem operações mais rapidamente do que uma única oscilação de uma onda de luz”, disse o pesquisador em comunicado. Rupert Huber, professor de física da Universidade de Regensburg, Alemanha.
No entanto, os cientistas ainda não realizaram nenhuma operação quântica real dessa maneira, portanto, a ideia de um computador quântico operando à temperatura ambiente permanece puramente teórica. O mesmo se aplica ao poder de computação normal deste sistema. Apenas o trabalho de oscilações foi demonstrado e nenhuma operação computacional real foi realizada.
Experiências semelhantes às descritas acima já foram realizadas. Em 2017, uma descrição do estudo foi publicada na Nature Photonics, inclusive na Universidade de Michigan, nos EUA. Lá, pulsos de luz laser com duração de 100 femtossegundos foram passados por um cristal semicondutor, controlando o estado dos elétrons. Via de regra, os fenômenos ocorridos na estrutura do material eram semelhantes aos descritos anteriormente. Estas são as consequências quânticas.
Chips leves e perovskitas
Fazer "computadores a laser quântico » ele é tratado de forma diferente. Em outubro passado, uma equipe de pesquisa EUA-Japão-Austrália demonstrou um sistema de computação leve. Em vez de qubits, a nova abordagem usa o estado físico dos feixes de laser e cristais personalizados para converter os feixes em um tipo especial de luz chamado "luz comprimida".
Para que o estado do cluster demonstre o potencial da computação quântica, o laser deve ser medido de uma certa maneira, e isso é feito usando uma rede quântica de espelhos, emissores de feixes e fibras ópticas (2). Esta abordagem é apresentada em pequena escala, que não fornece velocidades computacionais suficientemente altas. No entanto, os cientistas dizem que o modelo é escalável e que estruturas maiores podem eventualmente obter uma vantagem quântica sobre os modelos quânticos e binários usados.
2. Feixes de laser passando por uma rede emaranhada de espelhos
“Embora os processadores quânticos atuais sejam impressionantes, não está claro se eles podem ser dimensionados para tamanhos muito grandes”, observa a Science Today. Nicolas Menicucci, pesquisador colaborador do Centro de Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T) da RMIT University em Melbourne, Austrália. “Nossa abordagem começa com extrema escalabilidade incorporada ao chip desde o início, porque o processador, chamado estado do cluster, é feito de luz”.
Novos tipos de lasers também são necessários para sistemas fotônicos ultrarrápidos (veja também:). Cientistas da Universidade Federal do Extremo Oriente (FEFU) - juntamente com colegas russos da Universidade ITMO, bem como cientistas da Universidade do Texas em Dallas e da Universidade Nacional Australiana - relataram em março de 2019 na revista ACS Nano que haviam desenvolvido um forma eficiente, rápida e barata de produzir lasers de perovskita. Sua vantagem sobre outros tipos é que eles funcionam de forma mais estável, o que é de grande importância para chips ópticos.
“Nossa tecnologia de impressão a laser de iodetos oferece uma maneira simples, econômica e altamente controlada de produzir em massa uma variedade de lasers de perovskita. É importante notar que a otimização da geometria no processo de impressão a laser pela primeira vez possibilita a obtenção de microlasers de perovskita monomodo estáveis (3). Esses lasers são promissores no desenvolvimento de vários dispositivos optoeletrônicos e nanofotônicos, sensores, etc.”, explicou Aleksey Zhishchenko, pesquisador do centro FEFU, na publicação.
3. Feixes de laser de perovskita
É claro que não veremos computadores pessoais “andando sobre lasers” em breve. Enquanto os experimentos descritos acima são provas de conceito, nem mesmo protótipos de sistemas de computação.
No entanto, as velocidades oferecidas pelos feixes de luz e laser são muito tentadoras para pesquisadores e engenheiros recusarem esse caminho.
