Представьте компьютер, работающий в миллион раз быстрее современных процессоров. Такая фантастическая идея может стать реальностью благодаря открытию международной группы исследователей, включая специалистов из Университета Аризоны. Учёные научились управлять электронами в графене с помощью световых импульсов длительностью менее триллионной доли секунды.
Результаты эксперимента, опубликованные в Nature Communications , демонстрируют: технология способна обеспечить обработку данных в диапазоне петагерц – в тысячу раз быстрее современных микрочипов.
Руководитель проекта, профессор физики и оптических наук Мохаммед Хассан, ранее создавший самый быстрый в мире электронный микроскоп, подчёркивает революционный характер открытия. По его словам, развитие программного обеспечения, особенно в сфере искусственного интеллекта, значительно опережает совершенствование аппаратной части. Квантовые технологии помогут преодолеть этот разрыв, ускорив исследования в космической отрасли, химии, медицине и других областях.
В разработке участвовали сотрудники Университета Аризоны: ассистент-профессор физики Николай Голубев, аспиранты Мохамед Сеннари и Мингруи Юань, постдокторант Джалил Шах. К работе также присоединились коллеги из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана.
Группа изучала электропроводность модифицированных образцов графена – материала толщиной в один атом углерода. При попадании лазерного луча на поверхность его энергия возбуждает электроны, формируя электрический ток. Однако особенности энергетической волны излучения и симметричная структура графена часто приводят к взаимной компенсации: волна осциллирует вверх и вниз, создавая равные по величине, но противоположные по направлению потоки по обе стороны материала.
Во время экспериментов с различными образцами специалисты заметили, что отдельные электроны способны “проскальзывать” сквозь структуру, и этот процесс поддаётся наблюдению в реальном времени. “В этом суть научного поиска – главные открытия рождаются из неожиданностей, – отмечает Хассан. – Приходя в лабораторию, всегда предполагаешь определённый результат, но истинная ценность исследований кроется в мелочах, которые заставляют погружаться глубже в суть явлений”.
Для создания “сверхбыстрого петагерцового квантового устройства” исследователи модифицировали коммерческий графеновый фототранзистор специальным кремниевым слоем. Система управлялась импульсами света, переключающимися каждые 638 аттосекунд – одну квинтиллионную долю секунды. Этот элемент, базовый для современной электроники, регулирует движение заряженных частиц между двумя точками, выполняя функции переключателя или усилителя.
Важное преимущество разработки – её способность функционировать при обычных условиях, без особых требований к температуре или давлению. И это отличная перспектива для массового производства и внедрения в повседневную технику. Хассан сотрудничает с Tech Launch Arizona – подразделением, помогающим защищать интеллектуальную собственность и продвигать университетские инновации на рынок.
Несмотря на использование специализированного лазера в первоначальном эксперименте, команда работает над версией транзистора, совместимой с доступным промышленным оборудованием. “Рассчитываем объединить усилия с индустриальными партнёрами для создания петагерцового транзистора на микрочипе, – делится планами Хассан. – Наш университет уже прославился самым быстрым электронным микроскопом, теперь стремимся стать пионерами в области сверхскоростных вычислений”.