Электроны перемещаются в электронных устройствах очень быстро, из-за чего бывает трудно увидеть, что там происходит. Теперь инженеры Мичиганского и Регенсбургского университетов разработали устройство, которое может делать снимки электронов с шагом в квинтиллионные доли секунды.
Для современных компьютеров тактовая частота измеряется в наносекундах, что составляет одну миллиардную долю секунды. И хотя это достаточно быстро для того, для чего мы их используем сегодня, квантовые компьютеры могут значительно ускорить работу — нам просто нужны правильные инструменты.
«Процессор вашего текущего компьютера работает в гигагерцах, это одна миллиардная доля секунды на операцию», — сказал Маккилло Кира (Mackillo Kira), ведущий автор исследования. «В квантовых вычислениях это очень медленно, потому что электроны внутри компьютерного чипа сталкиваются триллионы раз в секунду, и каждое столкновение завершает цикл квантовых вычислений. Чтобы повысить производительность, нам нужны моментальные снимки этого движения электронов, что в миллиард раз быстрее. И теперь это у нас есть».
Новое устройство команды проводит измерения в совершенно другом временном масштабе — аттосекундах, что составляет одну квинтиллионную долю секунды. Чтобы понять, насколько короток этот период времени, скажем, что в одной секунде более чем в два раза больше аттосекунд, чем секунд во всей истории Вселенной до этого момента.
Само собой разумеется, что запись такого крошечного приращения времени была бы сложной задачей, но команда разработала новую систему, которая позволяет им это делать. Этот метод включает в себя два световых импульса с энергией, соответствующей электронам: первый — это импульс инфракрасного света, который переводит электроны в состояние, в котором они могут двигаться через полупроводниковый материал. Затем, применяется низкоэнергетический терагерцовый (ТГц) импульс, который направляет электроны на траектории, вызывающие лобовые столкновения. Это производит вспышку света, и точное время этих вспышек можно проанализировать, чтобы выявить квантовые взаимодействия и другие детали.
«Мы использовали два импульса — один энергетически соответствовал состоянию электрона, а второй импульс вызывал изменение состояния», — сказал Кира. «Мы можем заснять, как эти два импульса изменяют квантовое состояние электрона, а затем выразить это как функцию времени».
Команда говорит, что подобные устройства — это первый шаг к совершенствованию квантовых компьютеров, поскольку они расширяют наше понимание того, как электроны движутся, ведут себя и взаимодействуют в материалах.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: University of Michigan
