Самые быстрые логические вентили могут сделать компьютеры в миллион раз быстрее

Уничтожая графен и золото лазерными импульсами, новые логические вентили работают в миллион раз быстрее, чем в существующих компьютерах, демонстрируя жизнеспособность «световолновой электроники».

Логические элементы принимают два входа, 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 микросхемы для создания процессоров, памяти и других электронных компонентов.

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. Новые логические вентили команды из Рочестера обрабатывают информацию всего за фемтосекунды, что в миллион раз короче, чем наносекунды.

Для достижения таких экстремальных скоростей, команда сделала соединения, состоящие из графеновой проволоки, соединяющей два золотых электрода. Когда графен поражался синхронизированными парами лазерных импульсов, электроны в материале возбуждались, отправляя их в сторону одного из электродов, генерируя электрический ток.

Регулируя фазу лазерных импульсов, команда смогла генерировать всплеск одного из двух типов носителей заряда, которые либо складывались, либо компенсировали друг друга — первый можно считать выходом 1, а второй — 0. Конечным результатом стал сверхбыстрый логический вентиль, знаменующий собой первое доказательство концепции пока еще теоретической области световолновой электроники.

«Пройдет очень много времени, прежде чем эту технику можно будет использовать в компьютерном чипе, но теперь мы знаем, что световолновая электроника практически возможна», — сказал Тобиас Булаки, ведущий исследователь.

Если подобные световолновые электронные устройства когда-нибудь появятся на рынке, они могут быть в миллионы раз быстрее, чем современные компьютеры. Сейчас мы измеряем скорость обработки в гигагерцах (ГГц), но 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.