Логические вентили являются фундаментальными строительными блоками компьютеров, и исследователи из Университета Рочестера разработали самые быстрые из когда-либо созданных. Путем поражения графена и золота лазерными импульсами, новые логические вентили работают в миллион раз быстрее, чем в существующих компьютерах, демонстрируя жизнеспособность «световолновой электроники».
Логические элементы принимают сигналы на двух входах, сравнивают их, а затем выводят сигнал на основе результата. Например, они могут выводить 1, если оба входящих сигнала равны 1 или 0, или если один из них или ни один из них не равен 1, помимо других «правил». Миллиарды отдельных логических элементов втиснуты в чипы для создания процессоров, памяти и других электронных компонентов.
Однако логические вентили не работают мгновенно — при обработке входных данных возникает задержка порядка наносекунд. Это достаточно быстро для современных компьютеров, но всегда есть место для улучшения. И теперь новые логические вентили команды из Рочестера разносят обычные логические вентили в пух и прах, обрабатывая информацию всего за фемтосекунды, что в миллион раз меньше по длительности, чем наносекунды.
Чтобы достичь этих экстремальных скоростей, команда сделала контакты (переходы), состоящие из графеновой проволоки, соединяющей два золотых электрода. Когда графен был поражен синхронизированными парами лазерных импульсов, электроны в материале возбуждались, отправляясь в сторону одного из электродов, генерируя электрический ток.
Регулируя фазу лазерных импульсов, команда могла генерировать всплеск какого либо одного из двух типов носителей заряда, которые либо складывались, либо компенсировали друг друга — первый случай можно считать выходом 1, а второй — 0. Конечным результатом стал сверхбыстрый логический вентиль, знаменующий собой первое доказательство концепции пока еще теоретической области, известной как световолновая электроника.
«Вероятно, пройдет очень много времени, прежде чем эту технику можно будет использовать в компьютерном чипе, но, по крайней мере, теперь мы знаем, что световолновая электроника практически возможна», — сказал Тобиас Булаки, ведущий исследователь исследования.
Если такие световые электронные устройства когда-нибудь появятся на рынке, они могут быть в миллионы раз быстрее, чем современные компьютеры. В настоящее время мы измеряем скорость обработки в гигагерцах (ГГц), но эти новые логические элементы работают в масштабе петагерц (PHz). Предыдущие исследования установили это как абсолютный квантовый предел того, насколько быстрыми могут быть компьютерные системы на основе света.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: University of Rochester.
