Сверхкороткий лазер повысит скорость компьютеров в 100 000 раз

«В прошлые годы мы и другие группы обнаружили, что осциллирующее электрическое поле сверхкоротких лазерных импульсов может перемещать электроны в твердых телах, — говорит профессор Руперт Хьюбер, руководитель эксперимента. — Все сразу обрадовались, потому что стало возможно использовать этот принцип для построения будущих компьютеров, работающих с беспрецедентной тактовой частотой — от 10 до 100 тысяч раз быстрее, чем современная электроника».

Но сначала ученые должны были научиться управлять электронами в полупроводнике. Им это удалось благодаря запуску групп электронов внутри кристалла при помощи терагерцового излучения, части электромагнитного спектра между микроволнами и инфракрасным светом.

Ученые направили лазерные импульсы на кристалл полупроводника селенида галлия. Импульсы были очень короткими, менее 100 фемтосекунд. Каждый импульс заставлял электроны подниматься на более высокий энергетический уровень и двигал вперед. Различная ориентация полупроводникового кристалла по отношению к импульсам означала, что электроны движутся в различных направлениях через кристалл, например, вдоль атомных связей или между ними.

Для того чтобы с помощью этих коротких импульсов света можно было считывать и записывать информацию на электронах, ученые должны уметь управлять ими, и кристалл предоставляет ряд возможностей для этого.

Поскольку фемтосекундные импульсы достаточно быстрые, чтобы перехватить электрон между входом в возбужденное состояние и выходом из него, их можно теоретически использовать для квантовых вычислений, используя возбужденные электроны как кубиты. Это новый шаг в направлении так называемой оптоэлектронике и, в более отдаленном будущем, квантовым компьютерам, говорит профессор Макилло Кира, участник эксперимента.

А профессор Хьюбер особенно заинтересован в создании стробоскопических камер замедленного движения, с помощью которых можно будет исследовать самые быстрые процессы в природе, такие как движение электронов внутри атома, пишет Phys.org.

Физики США работают над созданием высокомощного терагерцового лазера с диапазоном излучения до 100 милливатт средней оптической мощности и со сверхузким лучом (менее 5% угловой расходимости), оптические свойства которого будут намного превосходить современные технологии. Их целью является создание устройства с широким спектром применения, от спектроскопии до диагностики заболеваний и астрономических исследований.