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激光技術(shù)

僅需一束激光,計(jì)算機(jī)速度有望能再快100萬倍

rongpuiwing 來源:《自然》雜志2018-12-10 我要評論(0 )   

一種半導(dǎo)體晶體顯示出一種史無前例的能力,形成超短激光脈沖。(圖片來源于:雷根斯堡大學(xué) / 雷根斯堡大學(xué))今年,一組國際科學(xué)


    1996年12月11日,美國英特爾公司最近為美能源部開發(fā)出世界上速度最快的超級計(jì)算機(jī),每秒可運(yùn)算1.4萬億次,在超級計(jì)算機(jī)發(fā)展史上首次突破每秒萬億次大關(guān)。


隨者互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展,大數(shù)據(jù)時代即將來臨,云儲存和云計(jì)算的發(fā)展也日新月異,而超級計(jì)算機(jī)的高速度和大容量正好契合大數(shù)據(jù)技術(shù)所需的條件,因此,在未來的發(fā)展中,大數(shù)據(jù)技術(shù)將會和超級計(jì)算機(jī)相互促進(jìn),共同發(fā)展,其前景十分開闊。不僅如此,超級計(jì)算機(jī)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也非常泛,如氣候環(huán)境,醫(yī)療,國防等。超級計(jì)算機(jī)的發(fā)展水平可以作為一個國家信息化發(fā)展的衡量標(biāo)準(zhǔn),它也是綜合國力的一個標(biāo)志。



今年,超級計(jì)算機(jī)有了新的創(chuàng)新。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片用電壓驅(qū)動晶體管開合,而新計(jì)算機(jī)模型創(chuàng)新性地采用了激光脈沖驅(qū)動晶格中的電子,使其快速轉(zhuǎn)變狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)從“ 0 ”到“ 1 ”的轉(zhuǎn)變。比晶體管還要快 100 萬倍。


一種半導(dǎo)體晶體顯示出一種史無前例的能力

形成超短激光脈沖

(圖片來源于:雷根斯堡大學(xué))



在大部分分子結(jié)構(gòu)中
激發(fā)態(tài)電子可以處于不同的量子態(tài),即所謂“贗自旋”。為了方便理解,我們把不同的量子態(tài)想象成圍繞分子的幾條不同的跑道,而電子量子態(tài)的轉(zhuǎn)變,就是電子在不同的跑道上來回切換。

電子在六角蜂窩晶格中的行為與分子中相似。鎢硒六角蜂窩晶體結(jié)構(gòu)中,電子只有兩個激發(fā)態(tài),對應(yīng)的兩個能量較高的跑道。研究人員用一束偏振紅外激光照射晶格后,電子被激發(fā)到了能量較高的外層跑道上。這本身沒有什么特別的,但關(guān)鍵的一步來了,在電子落回基態(tài)跑道之前,激光的偏振方向發(fā)生了改變,電子又跳到了另一個激發(fā)態(tài)的跑道上面。這正是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片中晶體管的一次開合,而這種特殊材料中電子的轉(zhuǎn)換速度比晶體管的開合速度要快得多。


研究人員還探討了室溫量子計(jì)算的可能性。一旦成功實(shí)現(xiàn)電子的疊加態(tài),這將會是量子計(jì)算里程碑式的突破。

如今的計(jì)算機(jī)硬件對于普通用戶來說已經(jīng)出現(xiàn)了性能過剩的局面,但對于一些專業(yè)領(lǐng)域來說,仍對于更高性能的計(jì)算機(jī)如饑似渴。

“在未來,制造一種超高速量子信息設(shè)備是可行的,這種設(shè)備可以在光波振動的瞬間完成狀態(tài)翻轉(zhuǎn)”,這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者、雷根斯堡大學(xué)物理系教授 Ruper Huber 在一份聲明中說,他同時也是。盡管未來風(fēng)光無限,目前為止這個設(shè)想還停留在理論階段。事實(shí)上,研究人員在這個系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的僅僅是無序的,不包含任何信息的 0-1 翻轉(zhuǎn),離實(shí)現(xiàn)真正的“計(jì)算”還有很長的路要走,更不用說實(shí)質(zhì)的運(yùn)算了。

盡管如此,這仍然是一次從電驅(qū)動到光驅(qū)動的大膽嘗試,而它潛在的超速運(yùn)算能力和實(shí)現(xiàn)室溫量子運(yùn)算的可能性,都為下一代超速運(yùn)算開辟了一個新的方向。

由此可見,激光計(jì)算機(jī)的研制成功是人類技術(shù)史上的一件大事。



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