Процессоры с частотой 5 ГГц — это уже прошлое. Учёные создали самый быстрый в мире петагерцевый транзистор
Сверхбыстрые импульсы света могут сделать компьютеры в миллион раз быстрее, чем самые современные процессоры. Группа ученых, включая исследователей из Университета Аризоны, работает над тем, чтобы это стало реальностью. В рамках международного сотрудничества ученые из Физического факультета Колледжа наук и Колледжа оптических наук Джеймса Уайанта продемонстрировали способ управления электронами в графене с помощью импульсов света, которые длятся менее триллионной доли секунды.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, подчеркивает, что эта техника может привести к скоростям обработки данных в петагерцевом диапазоне — более чем в 1000 раз быстрее, чем у современных чипов. Используя квантовый эффект, известный как туннелирование, они зафиксировали, как электроны почти мгновенно преодолевают физический барьер, что переопределяет возможные пределы вычислительной мощности компьютеров.
«Мы сделали огромный шаг вперед в развитии технологий, таких как программное обеспечение для искусственного интеллекта, однако скорость развития аппаратного обеспечения не поспевает за этим. Но, опираясь на открытия в сфере квантовых компьютеров, мы можем разработать оборудование, которое будет соответствовать текущей революции в программном обеспечении информационных технологий. Ультрабыстрые компьютеры значительно помогут исследованиям в космосе, химии, здравоохранении и многом другом», — отметил Мохаммед Хассан, доцент физики и оптических наук.
Хассан работал вместе с коллегами из Университета Аризоны: Николаем Голубевым, доцентом физики, Мохамедом Синари, аспирантом, изучающим оптику и физику, Джалилом Шахом и Мингуи Юанем, аспирантом по оптике. К ним присоединились коллеги из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института и Людвиг-Максимилианского университета Мюнхена в Германии.
Команда изначально изучала электрическую проводимость модифицированных образцов графена — материала, состоящего из одного слоя атомов углерода. Когда лазер освещает графен, энергия лазера возбуждает электроны в материале, заставляя их двигаться и формировать ток. Иногда эти электрические токи взаимно гасятся из-за того, что волна энергии лазера движется вверх и вниз, создавая равные и противоположные токи по обе стороны графена. Благодаря симметричной атомной структуре графена эти токи зеркально отражаются и гасят друг друга.
Но что, если один электрон мог бы проскочить через графен, и его путь можно было бы зафиксировать и отследить в реальном времени? Этот почти мгновенный «туннельный эффект» стал неожиданным результатом модификации разных образцов графена командой.
«Это то, что я больше всего люблю в науке: настоящие открытия происходят из того, чего вы не ожидаете. Входя в лабораторию, вы всегда предвкушаете, что произойдет, но настоящая красота науки — это небольшие случайности, которые побуждают вас исследовать дальше. Как только мы поняли, что добились этого туннельного эффекта, нам нужно было узнать больше», — сказал Хассан.
Используя коммерчески доступный фототранзистор на основе графена, модифицированный с добавлением специального слоя кремния, исследователи применили лазер, который переключается с частотой 638 аттосекунд, чтобы создать то, что Хассан назвал «самым быстрым в мире петагерцевым квантовым транзистором». Транзистор — это устройство, которое действует как электронный выключатель или усилитель, контролирующий поток электричества между двумя точками, и является основой развития современной электроники.
«Для сравнения, одна аттосекунда — это одна квинтиллионная доля секунды. Это значит, что это достижение представляет собой большой скачок вперед в разработке ультрабыстрых компьютерных технологий благодаря созданию транзистора с петагерцевой скоростью», — сказал Хассан.
Хотя некоторые научные достижения требуют строгих условий, включая температуру и давление, этот новый транзистор работал в обычных условиях — что открывает путь к коммерциализации и использованию в повседневной электронике.
Хассан сотрудничает с Tech Launch Arizona, офисом, который помогает исследователям коммерциализировать изобретения, созданные на основе исследований Университета Аризоны, чтобы запатентовать и вывести инновации на рынок.
Это открытие может кардинально изменить наше представление о вычислительной технике и открыть новые горизонты для развития технологий, которые будут соответствовать современным требованиям и потребностям.
* Компания Meta (Facebook и Instagram) признана в России экстремистской и запрещена.
Подпишитесь на новости в телеграм: https://t.me/itnewsros
