Logiikkaportit ovat tietokoneiden perusrakennuspalikoita, ja Rochesterin yliopiston tutkijat ovat nyt kehittäneet nopeimmat koskaan luodut portit. Grafeenia ja kultaa yhdistämällä laserpulsseilla uudet logiikkaportit ovat miljoona kertaa nopeammat kuin olemassa olevissa tietokoneissa, mikä osoittaa "valoaaltoelektroniikan" toimivuuden.
Loogiset portit ottavat kaksi tuloa, vertaavat niitä ja lähettävät sitten signaalin tuloksen perusteella. Ne voivat esimerkiksi antaa arvon 1, jos molemmat saapuvat signaalit ovat 1 tai 0, tai jos jompikumpi tai kumpikaan niistä ei ole 1, muiden "sääntöjen" joukossa. Miljardeja yksittäisiä logiikkaportteja on ahdettu siruihin prosessorien, muistin ja muiden elektronisten komponenttien luomiseksi.
Loogiset portit eivät kuitenkaan toimi hetkessä – niissä on nanosekuntien luokkaa viive, kun ne käsittelevät syötteitä. Se on tarpeeksi nopea nykyaikaisille tietokoneille, mutta aina on parantamisen varaa. Ja nyt Rochester-tiimin uudet logiikkaportit puhaltavat heidät pois vedestä ja käsittelevät tietoa pelkissä femtosekunteissa, jotka ovat miljoona kertaa nanosekunteja lyhyempiä.
Näiden äärimmäisten nopeuksien saavuttamiseksi tiimi teki risteyksiä, jotka koostuivat grafeenilangasta, joka yhdisti kaksi kultaelektrodia. Kun grafeenia suljettiin synkronoiduilla laserpulssipareilla, materiaalissa olevat elektronit virittyivät ja lähettivät ne vetoketjuun kohti yhtä elektrodeista tuottaen sähkövirran.
Laserpulssien vaihetta säätämällä tiimi pystyi muodostamaan purskeen kahdesta varauksenkuljettajatyypistä, jotka joko summaisivat tai kumosivat toisensa – ensin mainittua voidaan pitää 1-lähtönä ja jälkimmäinen 0. Lopputuloksena on ultranopea logiikkaportti, joka on ensimmäinen todiste vielä teoreettisesta kentästä, joka tunnetaan nimellä lightwave-elektroniikka.
"Menee todennäköisesti hyvin kauan ennen kuin tätä tekniikkaa voidaan käyttää tietokonesirussa, mutta ainakin nyt tiedämme, että valoaaltoelektroniikka on käytännössä mahdollista", sanoi tutkimuksen johtava tutkija Tobias Boolakee.
Jos tällaiset lightwave-elektroniikkalaitteet koskaan pääsevät markkinoille, ne voivat olla miljoonia kertoja nopeampia kuin nykyiset tietokoneet. Tällä hetkellä mittaamme käsittelynopeuksia gigahertseinä (GHz), mutta nämä uudet logiikkaportit toimivat Petahertsien (PHz) asteikolla. Aiemmat tutkimukset ovat asettaneet sen absoluuttiseksi kvanttirajaksi valopohjaisten tietokonejärjestelmien mahdolliselle nopeudelle.
Tutkimus julkaistiin Nature-lehdessä.
Lähde: University of Rochester
