Новые логические элементы могут сделать компьютеры в миллион раз быстрее
Логические элементы являются фундаментальными строительными блоками компьютеров, и теперь ученые разработали самые быстрые из когда-либо созданных. Воздействуя лазерными импульсами на графен и золото, новые логические элементы работают в миллион раз быстрее, чем в существующих компьютерах, демонстрируя жизнеспособность “световолновой электроники”.
Логические элементы (логические вентили или ворота) принимают два входных сигнала, сравнивают их, а затем выводят сигнал на основе результата. Они могут, например, выводить 1, если оба входящих сигнала равны 1 или 0, или если один из них или ни один из них не равен 1, среди других “правил”.
Миллиарды отдельных логических элементов втиснуты в микросхемы для создания процессоров, памяти и других электронных компонентов.
Однако логические элементы не работают мгновенно – при обработке входных данных возникает задержка порядка наносекунд. Это достаточно быстро для современных компьютеров, но всегда есть возможности для улучшения. Новые логические элементы могут обрабатывать информацию за фемтосекунды, которые в миллион раз короче наносекунд.
Чтобы достичь этих экстремальных скоростей, ученые создали соединения, состоящие из графеновой проволоки, соединяющей два золотых электрода.
Когда на графен воздействовали синхронизированными парами лазерных импульсов, электроны в материале возбуждались, посылая их к одному из электродов, генерируя электрический ток.
Регулируя фазу лазерных импульсов, исследователи смогли генерировать всплеск одного из двух типов носителей заряда, которые либо суммируются, либо нейтрализуют друг друга – первый можно считать выходом 1, а второй — 0.
Конечным результатом является сверхбыстрый логический элемент, знаменующий собой первое доказательство концепции пока еще теоретической области, известной как световолновая электроника.
“Вероятно, пройдет много времени, прежде чем этот метод можно будет использовать в компьютерном чипе, но, по крайней мере, теперь мы знаем, что световолновая электроника практически возможна”, — сказал Тобиас Булаки, ведущий автор исследования.
Если такого рода световолновые электронные устройства когда-нибудь появятся на рынке, они могут быть в миллионы раз быстрее современных компьютеров.
В настоящее время скорость работы измеряется в гигагерцах (GHz), но новые логические элементы функционируют в масштабе петагерц (PHz).
Предыдущие исследования установили это как абсолютный квантовый предел того, насколько быстрыми могут быть компьютерные системы на основе света.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.