Логічні елементи є фундаментальними будівельними блоками комп'ютерів, і тепер вчені розробили найшвидші з коли-небудь створених. Впливаючи лазерними імпульсами на графен і золото, нові логічні елементи працюють в мільйон разів швидше, ніж в існуючих комп'ютерах, демонструючи життєздатність «світловолнової електроніки».
Логічні елементи (логічні вентилі або ворота) приймають два вхідних сигнали, порівнюють їх, а потім виводять сигнал на основі результату. Вони можуть, наприклад, виводити 1, якщо обидва вхідні сигнали дорівнюють 1 або 0, або якщо один з них або жоден з них не дорівнює 1, серед інших «правил».
Мільярди окремих логічних елементів втиснуті в мікросхеми для створення процесорів, пам'яті та інших електронних компонентів.
Однак логічні елементи не працюють миттєво - при обробці вхідних даних виникає затримка порядку наносекунд. Це досить швидко для сучасних комп'ютерів, але завжди є можливості для поліпшення. Нові логічні елементи можуть обробляти інформацію за фемтосекунди, які в мільйон разів коротші за наносекунд.
Щоб досягти цих екстремальних швидкостей, вчені створили сполуки, що складаються з графенового дроту, що з'єднує два золотих електрода.
Коли на графен впливали синхронізованими парами лазерних імпульсів, електрони в матеріалі збуджувалися, посилаючи їх до одного з електродів, генеруючи електричний струм.
Регулюючи фазу лазерних імпульсів, дослідники змогли генерувати сплеск одного з двох типів носіїв заряду, які або підсумовуються, або нейтралізують один одного - перший можна вважати виходом 1, а другий - 0.
Кінцевим результатом є надшвидкий логічний елемент, що знаменує собою перший доказ концепції поки ще теоретичної області, відомої як світловолнова електроніка.
«Ймовірно, мине багато часу, перш ніж цей метод можна буде використовувати в комп'ютерному чіпі, але, принаймні, тепер ми знаємо, що світловолнова електроніка практично можлива», - сказав Тобіас Булакі, провідний автор дослідження.
Якщо такого роду світловолнові електронні пристрої коли-небудь з'являться на ринку, вони можуть бути в мільйони разів швидше сучасних комп'ютерів.
Зараз швидкість роботи вимірюється в гігагерцях (GHz), але нові логічні елементи функціонують у масштабі петагерц (PHz).
Попередні дослідження встановили це як абсолютну квантову межу того, наскільки швидкими можуть бути комп'ютерні системи на основі світу.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature.