Ученые создали самый быстрый в мире транзистор с использованием лазерных импульсов и графена, открыв путь для сверхбыстрых компьютеров в области искусственного интеллекта, космоса и медицины.
Команда демонстрирует коммерческое устройство, используемое для разработки петагерцового квантового транзистора.
Университет Аризоны
Скорость современных процессоров давно достигла своего потолка. В то время как программное обеспечение в таких областях, как ИИ и суперкомпьютеры, развивается быстрыми темпами, аппаратное обеспечение с трудом поспевает за ним.
Традиционные кремниевые транзисторы могут переключаться только с определенной скоростью, ограниченной физическими материалами и электрическим сопротивлением, на которые они опираются. Но новый прорыв может полностью изменить это, отказавшись от электронов в пользу света.
Группа исследователей из Университета Аризоны и их международные коллеги совершили большой шаг на пути к сверхбыстрым вычислениям, разработав работающий на свету транзистор с использованием графена.
Их эксперимент показывает, что электронами в материале можно управлять с помощью лазерных импульсов длительностью всего лишь аттосекунды — одну квинтиллионную секунды.
Результат: скорость обработки данных в диапазоне петагерц, что более чем в миллион раз выше, чем у современных чипов.
Квантовое туннелирование со скоростью в триллионную долю секунды
Исследование демонстрирует, как лазерный свет взаимодействует с модифицированным графеном, генерируя практически мгновенное электронное движение.
Используя квантовое явление, известное как туннелирование, исследователи наблюдали, как электроны обходят физические барьеры без какой-либо задержки.
Симметричная атомная структура графена обычно нейтрализует эти электрические токи. Но когда команда ввела специальный кремниевый слой и ударила по материалу точно рассчитанным лазером, один электрон туннелировал сквозь него и его можно было отслеживать в реальном времени.
Мохаммед Хассан, доцент кафедры физики и оптических наук, сказал, что именно такие неожиданные результаты делают науку захватывающей.
«Приходя в лабораторию, вы всегда предвидите, что произойдет, но настоящая красота науки — это мелочи, которые происходят и которые побуждают вас исследовать больше», — сказал он. «Как только мы поняли, что достигли этого эффекта туннелирования, нам пришлось узнать больше».
Самый быстрый в мире квантовый транзистор
Чтобы захватить и контролировать этот эффект, команда использовала коммерчески доступный графеновый фототранзистор, который они модифицировали, добавив кремниевый слой. Лазерное переключение со скоростью 638 аттосекунд позволило транзистору работать на петагерцовых скоростях, что сделало его самым быстрым из когда-либо созданных.
Транзистор действует как электронный переключатель или усилитель. Это основа всей цифровой электроники. Эта новая версия, управляемая светом, а не напряжением, открывает совершенно новые горизонты.
Хассан назвал его «самым быстрым в мире петагерцовым квантовым транзистором».
Он подчеркнул важность того, чтобы аппаратное обеспечение догоняло программное обеспечение: «Мы пережили огромный скачок вперед в развитии технологий, таких как программное обеспечение искусственного интеллекта, но скорость разработки аппаратного обеспечения не так высока. Но, опираясь на открытие квантовых компьютеров, мы можем разработать аппаратное обеспечение, которое соответствует текущей революции в программном обеспечении информационных технологий».
Путь к коммерциализации уже идет
В отличие от многих лабораторных экспериментов, этот транзистор работал в обычных комнатных условиях. Это радикально повышает его шансы на интеграцию в коммерческую электронику. Хассан и его коллеги работают с Tech Launch Arizona над патентованием и коммерциализацией технологии.
«Я надеюсь, что мы сможем сотрудничать с отраслевыми партнерами, чтобы реализовать этот транзистор с петагерцовой скоростью на микрочипе», — сказал Хассан. «Университет Аризоны уже известен самым быстрым в мире электронным микроскопом, и мы хотели бы также прославиться первым транзистором с петагерцовой скоростью».
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Sourse: interestingengineering.com
