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激光技術

僅需一束激光,計算機速度有望能再快100萬倍

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

一種半導體(ti) 晶體(ti) 顯示出一種史無前例的能力,形成超短激光脈衝(chong) 。(圖片來源於(yu) :雷根斯堡大學 / 雷根斯堡大學)今年,一組國際科學


    1996年12月11日,美國英特爾公司最近為(wei) 美能源部開發出世界上速度最快的超級計算機,每秒可運算1.4萬(wan) 億(yi) 次,在超級計算機發展史上首次突破每秒萬(wan) 億(yi) 次大關(guan) 。


隨者互聯網和人工智能的發展,大數據時代即將來臨(lin) ,雲(yun) 儲(chu) 存和雲(yun) 計算的發展也日新月異,而超級計算機的高速度和大容量正好契合大數據技術所需的條件,因此,在未來的發展中,大數據技術將會(hui) 和超級計算機相互促進,共同發展,其前景十分開闊。不僅(jin) 如此,超級計算機在其他領域的應用也非常泛,如氣候環境,醫療,國防等。超級計算機的發展水平可以作為(wei) 一個(ge) 國家信息化發展的衡量標準,它也是綜合國力的一個(ge) 標誌。



今年,超級計算機有了新的創新。傳(chuan) 統計算機芯片用電壓驅動晶體(ti) 管開合,而新計算機模型創新性地采用了激光脈衝(chong) 驅動晶格中的電子,使其快速轉變狀態,從(cong) 而實現從(cong) “ 0 ”到“ 1 ”的轉變。比晶體(ti) 管還要快 100 萬(wan) 倍。


一種半導體(ti) 晶體(ti) 顯示出一種史無前例的能力

形成超短激光脈衝(chong)

(圖片來源於(yu) :雷根斯堡大學)



在大部分分子結構中
激發態電子可以處於不同的量子態,即所謂“贗自旋”。為了方便理解,我們把不同的量子態想象成圍繞分子的幾條不同的跑道,而電子量子態的轉變,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(wei) 與(yu) 分子中相似。鎢硒六角蜂窩晶體(ti) 結構中,電子隻有兩(liang) 個(ge) 激發態,對應的兩(liang) 個(ge) 能量較高的跑道。研究人員用一束偏振紅外激光照射晶格後,電子被激發到了能量較高的外層跑道上。這本身沒有什麽(me) 特別的,但關(guan) 鍵的一步來了,在電子落回基態跑道之前,激光的偏振方向發生了改變,電子又跳到了另一個(ge) 激發態的跑道上麵。這正是傳(chuan) 統計算機芯片中晶體(ti) 管的一次開合,而這種特殊材料中電子的轉換速度比晶體(ti) 管的開合速度要快得多。


研究人員還探討了室溫量子計算的可能性。一旦成功實現電子的疊加態,這將會(hui) 是量子計算裏程碑式的突破。

如今的計算機硬件對於(yu) 普通用戶來說已經出現了性能過剩的局麵,但對於(yu) 一些專(zhuan) 業(ye) 領域來說,仍對於(yu) 更高性能的計算機如饑似渴。

“在未來,製造一種超高速量子信息設備是可行的,這種設備可以在光波振動的瞬間完成狀態翻轉”,這項研究的領導者、雷根斯堡大學物理係教授 Ruper Huber 在一份聲明中說,他同時也是。盡管未來風光無限,目前為(wei) 止這個(ge) 設想還停留在理論階段。事實上,研究人員在這個(ge) 係統上實現的僅(jin) 僅(jin) 是無序的,不包含任何信息的 0-1 翻轉,離實現真正的“計算”還有很長的路要走,更不用說實質的運算了。

盡管如此,這仍然是一次從(cong) 電驅動到光驅動的大膽嚐試,而它潛在的超速運算能力和實現室溫量子運算的可能性,都為(wei) 下一代超速運算開辟了一個(ge) 新的方向。

由此可見,激光計算機的研製成功是人類技術史上的一件大事。



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