Vova Krasen
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Un miliardo di operazioni al secondo non è cool. Sai cosa è bello? Un milione di miliardi di operazioni al secondo.
Questa è la promessa di una nuova tecnica di calcolo che utilizza impulsi di luce laser per realizzare un prototipo dell'unità fondamentale di calcolo, chiamato bit, che potrebbe passare dai suoi stati di accensione e spegnimento, o "1" e "0", 1 quadrilione volte al secondo. È circa 1 milione di volte più veloce dei bit dei computer moderni.
I computer convenzionali (qualsiasi cosa, dalla calcolatrice allo smartphone o al laptop che utilizzi per leggere questo articolo) pensano in termini di 1 e 0. Tutto quello che fanno, dalla risoluzione di problemi di matematica, alla rappresentazione del mondo di un videogioco, equivale a una raccolta molto elaborata di operazioni 1 o 0, sì o no. E un tipico computer nel 2018 può utilizzare bit di silicio per eseguire più o meno 1 miliardo di queste operazioni al secondo. [Fatto o finzione scientifica? La plausibilità di 10 concetti di fantascienza]
In questo esperimento, i ricercatori hanno pulsato la luce laser a infrarossi su reticoli a forma di nido d'ape di tungsteno e selenio, consentendo al chip di silicio di passare dagli stati "1" a "0" proprio come un normale processore di computer - solo un milione di volte più veloce, secondo lo studio, che è stato pubblicato su Nature il 2 maggio.
Questo è un trucco di come si comportano gli elettroni in quel reticolo a nido d'ape.
Nella maggior parte delle molecole, gli elettroni in orbita attorno a loro possono saltare in diversi stati quantistici, o "pseudospin", quando si eccitano. Un buon modo per immaginare questi stati è come diversi, i circuiti circolari attorno alla molecola stessa. (I ricercatori chiamano queste tracce "valli" e la manipolazione di questi giri "valletronica".)
Quando non è eccitato, l'elettrone potrebbe rimanere vicino alla molecola, girando in cerchi pigri. Ma eccita quell'elettrone, magari con un lampo di luce, e dovrà bruciare un po 'di energia su una delle tracce esterne.
Il reticolo di tungsteno-selenio ha solo due tracce attorno ad esso per l'ingresso di elettroni eccitati. Fai lampeggiare il reticolo con un orientamento della luce infrarossa e l'elettrone salterà sulla prima traccia. Fallo lampeggiare con un diverso orientamento della luce infrarossa e l'elettrone salterà sull'altra traccia. Un computer potrebbe, in teoria, trattare quelle tracce come 1 e 0. Quando c'è un elettrone sulla traccia 1, è un 1. Quando è sulla traccia 0, è uno 0.
Fondamentalmente, quelle tracce (o valli) sono un po 'vicine tra loro e gli elettroni non hanno bisogno di correre su di esse molto a lungo prima di perdere energia. Impulsi il reticolo con luce infrarossa di tipo uno e un elettrone salterà sulla traccia 1, ma lo farà circolare solo per "pochi femtosecondi", secondo il documento, prima di tornare al suo stato non eccitato negli orbitali più vicini al nucleo. Un femtosecondo è un miliardo di milionesimo di secondo, nemmeno abbastanza a lungo perché un raggio di luce attraversi un singolo globulo rosso.
Quindi, gli elettroni non rimangono a lungo sulla traccia, ma una volta che sono su una traccia, ulteriori impulsi di luce li faranno andare avanti e indietro tra le due tracce prima che abbiano la possibilità di ricadere in uno stato non eccitato. Quella spinta avanti e indietro, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - ancora e ancora in lampi incredibilmente veloci - è roba da computer. Ma in questo tipo di materiale, hanno dimostrato i ricercatori, potrebbe accadere molto più velocemente che nei chip contemporanei.
I ricercatori hanno anche sollevato la possibilità che il loro reticolo possa essere utilizzato per il calcolo quantistico a temperatura ambiente. Questa è una sorta di Sacro Graal per l'informatica quantistica, poiché la maggior parte dei computer quantistici esistenti richiede ai ricercatori di raffreddare prima i loro bit quantistici fino a quasi lo zero assoluto, la temperatura più fredda possibile. I ricercatori hanno dimostrato che è teoricamente possibile eccitare gli elettroni in questo reticolo a "sovrapposizioni" delle tracce 1 e 0 - o stati ambigui di essere un po 'sfocati su entrambe le tracce allo stesso tempo - che sono necessari per calcoli di calcolo quantistico.
"A lungo termine, vediamo una possibilità realistica di introdurre dispositivi di informazione quantistica che eseguono operazioni più velocemente di una singola oscillazione di un'onda luminosa", ha detto in una dichiarazione l'autore principale dello studio Rupert Huber, professore di fisica presso l'Università di Regensburg in Germania . Tuttavia, i ricercatori non hanno effettivamente eseguito alcuna operazione quantistica in questo modo, quindi l'idea di un computer quantistico a temperatura ambiente è ancora del tutto teorica. E in effetti, le operazioni classiche (di tipo regolare) che i ricercatori hanno eseguito sul loro reticolo erano semplicemente senza senso, avanti e indietro, commutazione 1 e 0. Il reticolo non è stato ancora utilizzato per calcolare nulla. Pertanto, i ricercatori devono ancora dimostrare che può essere utilizzato in un pratico computer.
Tuttavia, l'esperimento potrebbe aprire la porta al calcolo convenzionale ultraveloce - e forse anche al calcolo quantistico - in situazioni che erano impossibili da raggiungere fino ad ora.