Valopulsseja valon nopeille tietokoneille

Erittäin lyhyt, konfiguroitavissa oleva femtosekunnin valopulssi voi tulevaisuudessa johtaa tietokoneisiin, jotka toimivat jopa 100 000 kertaa nopeammin kuin nykyinen elektroniikka.

Pulssin luoneen tutkijatiimiin kuuluneet Michiganin yliopiston insinöörit osoittivat, että he voisivat hallita laserpulssien sisällä olevia harmonisten huippuja, ja kiertää valon polarisaatiota.

Menetelmä siirtää elektroneja nopeammin ja tehokkaammin kuin sähkövirta – ja luotettavilla vaikutuksilla niiden kvanttitiloihin. Se on askel kohti ns "valoaallon elektroniikkaa" ja kauempana tulevaisuudessa, kvanttilaskentaan, toteaa Mackillo Kira, Michiganin yliopistosta.

"Viime vuosina useat ryhmät ovat havainneet, että värähtelevien ultralyhyiden laserpulssien sähkökentät voivat todella liikuttaa elektroneja edestakaisin kiintoaineissa", toteaa kokeilua johtanut Rupert Huber Regensburgin yliopistosta.

Kyseistä löytöä hyödyntämällä voisi tulevaisuuden rakentaa erittäin nopeita tietokoneita. Tämä työ vie askeleen kohti tätä ominaisuutta ottamalla hallintaan elektronien ryhmiä puolijohteen sisällä.

Tutkijat heijastivat laserpulsseja puolijohdekide gallium lyijyselenidiin. Pulssien kesto oli alle sata femtosekuntia ja jokainen pulssi potki elektroneja korkeampaan energiatasoon ja kuljettaen niitä eteenpäin.

Puolijohdekiteen eri orientaatiot suhteessa pulsseihin saavat elektronit liikkumaan kiteessä eri suuntiin. Kun elektronit alas tullessaan emittoivat valon, erilaiset siirtymämatkat erottuvat pulsseissa. Tätä kautta pulsseja voidaan hallita eli kiteen rakenne tarjoaa tähän valikoiman työkaluja.

Näin pulssien polarisaatiota sekä kantajan verhokäyrää voidaan ohjata kiteen symmetrialla. Siten pulsseja voidaan käyttää lukemaan ja kirjoittamaan informaatiota elektroneihin.

Koska femtosekuntien pulssit ovat tarpeeksi nopeita siepata elektroneja viritetyn tilan ja alas tulon välillä, niitä voidaan mahdollisesti hyödyntää myös kvanttilaskennassa käyttämällä elektronien virittyneitä tiloja kubitteina.