Kohti petahertsistä fototransistoria

Entä jos ultranopeat valopulssit voisivat käyttää tietokoneita miljoona kertaa nopeammin kuin nykypäivän parhaat prosessorit?

Uraauurtavassa kansainvälisessä hankkeessa Arizonan yliopiston tutkijat osoittivat tavan manipuloida grafeenin elektroneja käyttämällä alle biljoonasosa sekunnin kestäviä valopulsseja.

Hyödyntämällä tunnelointina tunnettua kvantti-ilmiötä he havaitsivat elektronien ohittavan fyysisen esteen lähes välittömästi, mikä on saavutus, joka määrittelee uudelleen tietokoneiden prosessointitehon mahdolliset rajat.

Äskettäin julkaistu tutkimus korostaa, kuinka tekniikka voisi johtaa petahertsialueen prosessointinopeuksiin – yli 1 000 kertaa nopeampiin kuin nykyaikaisilla tietokonesiruilla.

Datan manipulointi noilla nopeuksilla mullistaisi tietotekniikan sellaisena kuin me sen tunnemme, sanoi apulaisprofessori Mohammed Hassan.

"Olemme kokeneet valtavan harppauksen eteenpäin teknologioiden, kuten tekoälyohjelmistojen, kehityksessä, mutta laitteistokehitys ei ole yhtä nopeaa", Hassan jatkaa. "Mutta kvanttitietokoneiden keksimiseen nojaamalla voimme kehittää laitteistoa, joka vastaa nykyistä tietotekniikan ohjelmistollista vallankumousta."

Tutkimusryhmä tutki alun perin grafeenin muunneltujen näytteiden sähkönjohtavuutta. Kun laser kohdistaa grafeeniin, laserin energia virittää materiaalin elektroneja, jolloin ne liikkuvat ja muodostuvat sähkövirraksi.

Joskus nämä sähkövirrat kumoavat toisensa. Hassanin mukaan tämä tapahtuu, koska laserin energia-aalto liikkuu ylös ja alas, jolloin grafeenin molemmille puolille syntyy yhtä suuret ja vastakkaiset virrat. Grafeenin symmetrisen atomirakenteen vuoksi nämä virrat peilaavat toisiaan ja kumoavat toisensa, jolloin havaittavaa virtaa ei jää jäljelle.

Mutta entä jos yksi elektroni voisi livahtaa grafeenin läpi ja sen matka voitaisiin tallentaa ja seurata reaaliajassa? Tämä lähes välitön "tunnelointi" oli odottamaton tulos siitä, että tiimi muokkasi erilaisia grafeeninäytteitä.

Käyttämällä kaupallisesti saatavilla olevaa grafeenifototransistoria, johon oli lisätty erityinen piikerros, tutkijat käyttivät laseria, joka kytkeytyy päälle ja pois 638 attosekunnin nopeudella luodakseen Hassanin mukaan "maailman nopeimman petahertsin kvanttitransistorin".

Vaikka jotkin tieteelliset edistysaskeleet tapahtuvat tiukoissa olosuhteissa, kuten lämpötilassa ja paineessa, tämä uusi transistori toimi ympäristön olosuhteissa – mikä avaisi tien kaupallistamiselle ja käytölle jokapäiväisessä elektroniikassa.

Tutkijoiden mukaan työ lupaa edistää ultranopean valoaalto kvanttielektroniikan, attosekuntioptisten kytkimien sekä ultranopean datakoodauksen ja -tiedonsiirron tieteellistä ja teknologista kehitystä.

Lisäksi kyky optisesti ohjata valon indusoimaa kvanttivirtasignaalia ja luoda erilaisia optisia logiikkaportteja avaa oven ultranopeiden kvanttioptisten tietokoneiden kehittämiselle.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteet mahdollistavat valoaaltoelektroniikan

Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn

Kaksiulotteisuudella tehostaen