Логічні вентилі є базовими «будівельними блоками» комп'ютерів, і нещодавно дослідники з Університету Рочестера розробили найшвидші вентилі з коли-небудь створених.
Знищуючи графен і золото лазерними імпульсами, нові логічні вентилі працюють в мільйон разів швидше, ніж в існуючих комп'ютерах, демонструючи життєздатність «світловолнової електроніки».
Логічні елементи приймають два входи, порівнюють їх, а потім виводять сигнал на основі результату. Наприклад, вони можуть виводити 1, якщо обидва вхідні сигнали дорівнюють 1 або 0, або якщо один з них або жоден з них не дорівнює 1, крім інших «правил». Мільярди окремих логічних елементів втиснуті в мікросхеми для створення процесорів, пам'яті та інших електронних компонентів.
Однак логічні вентилі не працюють миттєво - при обробці вхідних даних виникає затримка порядку наносекунд. Це досить швидко для сучасних комп'ютерів, але завжди є місце для поліпшення. І нові логічні вентилі команди з Рочестера здатні обробити інформацію всього за фемтосекунди, що в мільйон разів коротше, ніж наносекунди.
Як це працює
Щоб досягти цих екстремальних швидкостей, команда виготовила сполуки, що складаються з графенового дроту, що з'єднує два золотих електрода. Коли графен був вражений синхронізованими парами лазерних імпульсів, електрони в матеріалі збуджувалися, відправляючи їх у бік одного з електродів, генеруючи електричний струм.
Регулюючи фазу лазерних імпульсів, команда змогла генерувати сплеск одного з двох типів носіїв заряду, які або складалися, або компенсували один одного: перший можна вважати виходом 1, а другий - 0. Кінцевим результатом став надшвидкий логічний вентиль, що знаменує собою перший доказ концепції поки ще теоретичної області, відомої як світловолнова електроніка.
«Ймовірно, пройде дуже багато часу, перш ніж цю техніку можна буде використовувати в комп'ютерному чіпі, але, принаймні, тепер ми знаємо, що світловолнова електроніка практично можлива», - заявив Тобіас Булакі, провідний дослідник дослідження.
Якщо такі світлові електронні пристрої коли-небудь з'являться на ринку, вони можуть бути в мільйони разів швидше, ніж сучасні комп'ютери. Зараз ми вимірюємо швидкість обробки в гігагерцях (ГГц), але ці нові логічні елементи працюють в масштабі петагерц (PHz). Попередні дослідження встановили це як абсолютну квантову межу того, наскільки швидкими можуть бути комп'ютерні системи на основі світу.