Быстродействие компьютера является основой его производительности: чем быстрее будут обрабатываться данные, тем большей вычислительной мощности можно достичь. Сейчас от этого показателя зависит очень многое, поскольку новейшие технологии требуют обработки неимоверного количества информации. Вполне возможно, удастся построить более быстрые компьютеры на основе фотонной электроники. По крайней мере, возможность этого уже смогли доказать.

Основа всего

Вся компьютерная техника, впрочем, как и любая другая электронная, основанная на полупроводниках. Состояние «включено-выключено» стало базой для построения строгих логических схем и сложнейших вычислительных процессов. На текущий момент размер электронных компонентов измеряется в нанометрах, а вычисления происходят с огромной скорость. Несмотря на это, на пути дальнейшего развития стоит несколько больших преград, и преодолеть их будет очень сложно. Одна из них – задержки, обусловленные самой конструкцией электронных устройств. Сигналу необходимо время, чтобы достичь цели. Конечно же, оно ничтожно маленькое, но в совокупности эти задержки приводят к огромным потерям в производительности. Производители пытаются этот недостаток компенсировать, например, в процессорах фактически совмещают несколько устройств, чтобы минимизировать расстояния между ними, но этих мер явно недостаточно.

Исследователями, работающими в области электроники, уже давно выдвигались теории, согласно которым можно использовать для передачи импульсов фотоны, то есть свет. Фотоны движутся с огромной скоростью, которая намного превышает скорость движения электронов, поэтому и эффект от такого технического решения был бы громадным. Эта идея настолько перспективная, что её тщательным изучением занимаются многие специалисты по всему миру, несмотря на кажущуюся фантастичность. После долгих лет работы исследователям из Рочестерского университета наконец-то удалось доказать её состоятельность.

Фотонная электроника

Работа полупроводниковых компонентов построена на двух состояниях: «включено» - 1, «выключено» - 0, а также на логических правилах их сложения. Собранные вместе, они образуют сложнейшие схемы, на базе которых и осуществляются вычисления. По мнению исследователей из Рочестерского университета, на эти действия способен и совершенно новый логический элемент, построенный на базе оптическо-электронных эффектов. Основой для него стал графен, тончайшая графитовая пластинка толщиной всего в один атом. Исследователям удалось найти новое применение этого в своём роде уникального вещества.

В лабораторных условиях учёные соединили графеновый проводник с двумя электродами из золота, разместив их на противоположных концах. Для активации логического элемента использовали два источника лазерного излучения, синхронизированные между собой. При облучении графена двумя лазерами возникал электрический импульс, движущийся к одному из электродов. Исследователи смогли произвольно изменять направление заряда, они заставили его передвигаться к нужному электроду, изменяя волновые характеристики лазера. При этом заряд фиксировался лишь на одном электроде. Как показали проведённые тесты, логический элемент на основе графена всегда ведёт себя одинаково, в зависимости от выбранной фазы лазера: с одной стороны фиксируется заряд и получается логическая единица, а с другой в отсутствие заряда получается «0». Их можно использовать по аналогии с обычными полупроводниками для построения чипов. Правда, до этого момента пройдёт ещё немало времени. Пока что достигли большого прогресса, смогли подтвердить принципиальную возможность создания электроники на основе фотонных эффектов, работающую в миллионы раз быстрее современной.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!