Ученые доказали, что компьютеры могут быть в миллион раз быстрее

И даже изготовили рабочий прототип базового элемента.

Логические вентили являются базовыми «строительными блоками» компьютеров, и недавно исследователи из Университета Рочестера разработали самые быстрые вентили из когда-либо созданных.

Уничтожая графен и золото лазерными импульсами, новые логические вентили работают в миллион раз быстрее, чем в существующих компьютерах, демонстрируя жизнеспособность «световолновой электроники», пишет журнал nature.com.

Логические элементы принимают два входа, сравнивают их, а затем выводят сигнал на основе результата. Например, они могут выводить 1, если оба входящих сигнала равны 1 или 0, или если один из них или ни один из них не равен 1, помимо других «правил». Миллиарды отдельных логических элементов втиснуты в микросхемы для создания процессоров, памяти и других электронных компонентов.

Однако логические вентили не работают мгновенно — при обработке входных данных возникает задержка порядка наносекунд. Это достаточно быстро для современных компьютеров, но всегда есть место для улучшения. И новые логические вентили команды из Рочестера способны обработать информацию всего за фемтосекунды, что в миллион раз короче, чем наносекунды.

Как это работает

Чтобы достичь этих экстремальных скоростей, команда изготовила соединения, состоящие из графеновой проволоки, соединяющей два золотых электрода. Когда графен был поражен синхронизированными парами лазерных импульсов, электроны в материале возбуждались, отправляя их в сторону одного из электродов, генерируя электрический ток.

Регулируя фазу лазерных импульсов, команда смогла генерировать всплеск одного из двух типов носителей заряда, которые либо складывались, либо компенсировали друг друга: первый можно считать выходом 1, а второй — 0. Конечным результатом стал сверхбыстрый логический вентиль, знаменующий собой первое доказательство концепции пока еще теоретической области, известной как световолновая электроника.

«Вероятно, пройдет очень много времени, прежде чем эту технику можно будет использовать в компьютерном чипе, но, по крайней мере, теперь мы знаем, что световолновая электроника практически возможна», — заявил Тобиас Булаки, ведущий исследователь исследования.

Если такие световые электронные устройства когда-нибудь появятся на рынке, они могут быть в миллионы раз быстрее, чем современные компьютеры. В настоящее время мы измеряем скорость обработки в гигагерцах (ГГц), но эти новые логические элементы работают в масштабе петагерц (PHz). Предыдущие исследования установили это как абсолютный квантовый предел того, насколько быстрыми могут быть компьютерные системы на основе света.