Valopulssit ja laaksotroniikka tietotekniikalle

Äärimmäisen lyhyet valopulssit voivat suorittaa ultranopeita loogisia operaatioita osoittaa Milanon teknillisestä korkeakoulussa tehdyn tutkimuksen tulokset.

Tutkimus on tärkeä askel kohti uuden sukupolven tietojenkäsittelyteknologioiden kehittämistä, jotka voivat olla satoja kertoja nopeampia kuin nykyiset teknologiamme.

Kuten tutkimuksen vastaava kirjoittaja Giulio Cerullo selittää: "Olemme osoittaneet, että valoa voidaan käyttää paitsi informaation siirtämiseen myös sen käsittelyyn. Erittäin lyhyiden laserpulssien avulla voimme hallita aineen kvanttitiloja muutaman miljoonasosan sekunnin miljardisosan aikaskaaloilla, eli samoilla taajuuksilla kuin valon värähtelyt, nopeuksilla, jotka ovat aiemmin tuntemattomia elektroniikassa."

Nämä toiminnot suoritetaan yli 10 terahertsin nopeudella, yli sata kertaa nopeammin kuin parhaissa nykyaikaisissa elektronisissa laitteissa.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi tutkijat käyttivät kaksiulotteisen puolijohteen, volframidisulfidin (WS₂), fysikaalisia ominaisuuksia.

Tähän nanometriseen kalvoon liittyvien kvantti-ilmiöiden ansiosta elektronit voivat sijaita sen sisällä kahdessa erillisessä kvanttitilassa, joita kutsutaan "laaksoiksi". Näitä laaksoja voidaan käyttää uutena informaation yksikkönä, samalla tavalla kuin perinteisissä tietokoneissa käytetään nollaa ja ykköstä, mutta ne ovat paljon nopeammin hallittavissa.

Käyttämällä tarkkaa, vain muutaman femtosekunnin pituista laserpulssisarjaa tutkijat pystyivät valikoivasti kytkemään informaation päälle, pois päältä ja laajentamaan sitä, suorittaen siten asianmukaisia loogisia toimintoja aivan kuten elektronisissa piireissä, mutta huomattavasti suuremmilla nopeuksilla.

Kaikki tämä tehtiin huoneenlämmössä ja käyttämällä laboratorioissa jo rutiininomaisesti saatavilla olevia valopulsseja. Tutkimuksen avulla on myös mahdollista mitata, kuinka kauan tällainen kvantti-informaatio pysyy vakaana materiaalissa, mikä on kriittinen näkökohta tulevaisuuden teknologisille sovelluksille.

Franco Camargo (IFN-CNR) sanoi: "Tulevaisuutta ajatellen tämä periaatetodistus osoittaa useita uusia tieteellisiä ja teknologisia haasteita, jotka meidän on voitettava voidaksemme tuottaa kilpailukykyisiä laitteita tähän periaatteeseen perustuen: yhä monimutkaisempien pulssisekvenssien luomisesta mahdollisuuteen lisätä bittien määrää toteutettavissa laitteissa."

Näiden esteiden voittaminen tasoittaa tietä uudenlaiselle erittäin nopeiden logiikkalaitteiden luokalle, joka muuttaa tämän periaatetodistuksen todelliseksi teknologiaksi tulevaisuuden tietokoneille.

Aiheesta aiemmin:

Valoa pimeään valleytroniikkaan

Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa

Perovskiitistä materiaali laaksotroniikalle