Logické brány jsou základními stavebními kameny počítačů a výzkumníci z University of Rochester nyní vyvinuli ty nejrychlejší, jaké kdy byly vytvořeny. Tím, že přerušují grafen a zlato laserovými pulzy, jsou nové logické brány milionkrát rychlejší než ty ve stávajících počítačích, což demonstruje životaschopnost „světelné elektroniky“.
Logická hradla mají dva vstupy, porovnávají je a na základě výsledku pak vydávají signál. Mohou například vydávat 1, pokud jsou oba příchozí signály 1 nebo 0, nebo pokud jeden nebo žádný z nich není 1, mimo jiné. Miliardy jednotlivých logických hradel jsou nacpané do čipů, aby se vytvořily procesory, paměť a další elektronické součástky.
Logická hradla však nefungují okamžitě – při zpracování vstupů dochází ke zpoždění v řádu nanosekund. To je dostatečně rychlé pro moderní počítače, ale vždy je co zlepšovat. A nyní je nová logická hradla týmu z Rochesteru vyhodí z vody a zpracují informace v pouhých femtosekundách, které jsou milionkrát kratší než nanosekundy.
Aby tým dosáhl těchto extrémních rychlostí, vytvořil spoje sestávající z grafenového drátu spojujícího dvě zlaté elektrody. Když byl grafen přerušen synchronizovanými páry laserových pulsů, elektrony v materiálu byly excitovány, což je poslalo dolů k jedné z elektrod a generovalo elektrický proud.
Úpravou fáze laserových pulsů se týmu podařilo vygenerovat výboj jednoho ze dvou typů nosičů náboje, které se buď sčítají, nebo vyruší – první lze považovat za výstup 1 a posledně 0. Konečným výsledkem je ultrarychlé logické hradlo, které představuje první důkaz konceptu dosud teoretického oboru známého jako elektronika světelných vln.
„Pravděpodobně bude trvat velmi dlouho, než bude možné tuto techniku použít v počítačovém čipu, ale alespoň nyní víme, že elektronika světelných vln je prakticky možná,“ řekl Tobias Boolakee, vedoucí výzkumník studie.
Pokud se tyto druhy světelných elektronických zařízení někdy dostanou na trh, mohly by být milionkrát rychlejší než dnešní počítače. V současné době měříme rychlosti zpracování v gigahertzech (GHz), ale tato nová logická hradla fungují na stupnici petahertzů (PHz). Předchozí studie to stanovily jako absolutní kvantovou hranici toho, jak rychle by mohly počítačové systémy založené na světle dosáhnout.
Výzkum byl publikován v časopise Nature.
Zdroj: University of Rochester
