«Атточасы» измеряют электроны с шагом в квинтиллионную долю секунды
Электроны перемещаются в электронных устройствах очень быстро, что может затруднить понимание того, что действительно там происходит. Теперь инженеры Мичиганского и Регенсбургского университетов разработали «атточасы», которые могут делать снимки электронов с шагом в квинтиллионные доли секунды.
Для современных компьютеров тактовая частота измеряется в наносекундах, что составляет одну миллиардную долю секунды.
И хотя это достаточно быстро для того, для чего мы их используем сегодня, квантовые компьютеры могут значительно ускорить работу — нам просто нужны правильные инструменты.
«Процессор вашего компьютера работает в гигагерцах, это одна миллиардная доля секунды на операцию», — сказал Маккилло Кира, ведущий автор исследования.
«В квантовых вычислениях это очень медленно, потому что электроны внутри компьютерного чипа сталкиваются триллионы раз в секунду, и каждое столкновение завершает цикл квантовых вычислений. Чтобы повысить производительность, нам нужны моментальные снимки движения электронов, которые в миллиард раз быстрее. И теперь они у нас есть».
Новое устройство проводит измерения в совершенно другом временном масштабе — аттосекундах, что составляет одну квинтиллионную долю секунды.
Чтобы понять, насколько короток этот период времени, скажем, что в одной секунде более чем в два раза больше аттосекунд, чем секунд во всей истории Вселенной до этого момента.
Само собой разумеется, что запись такого крошечного приращения времени будет сложной задачей, но команда ученых разработала новую систему, которая позволяет им это сделать.
Метод включает в себя два световых импульса с энергией, соответствующей электронам: первый импульс инфракрасного света переводит электроны в состояние, в котором они могут двигаться через полупроводниковый материал.
Затем применяется низкоэнергетический терагерцовый (ТГц) импульс, который направляет электроны на траектории, вызывающие лобовые столкновения. Это производит вспышку света, и точное время этих вспышек можно проанализировать, чтобы выявить квантовые взаимодействия и другие детали.
«Мы использовали два импульса — один энергетически соответствовал состоянию электрона, а второй импульс вызывал изменение состояния», — говорят ученые. «Мы можем снять, как эти два импульса изменяют квантовое состояние электрона, а затем выразить это как функцию времени».
Пподобные устройства — это первый шаг к совершенствованию квантовых компьютеров, поскольку они расширяют наше понимание того, как электроны движутся, ведут себя и взаимодействуют в материалах.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.