Petahertzový tranzistor sľubuje pretvoriť budúcnosť výpočtovej techniky

Predstavte si počítače schopné pracovať nielen tisíckrát, ale miliónkrát rýchlejšie ako zariadenia, ktoré používame dnes. Tento skok, ktorý znie ako čistá vedecká fantastika, sa približuje k realite vďaka prelomovému objavu vedcov z Arizonskej univerzity a ich medzinárodných spolupracovníkov. Predstavili petahertzový tranzistor, objav, ktorý by mohol zásadne pretvoriť budúcnosť výpočtovej techniky.

Jadro tejto inovácie spočíva vo využití ultrarýchlych svetelných impulzov, trvajúcich menej ako bilióninu sekundy, na presné riadenie pohybu elektrónov v graféne. Tento proces využíva kvantovo-mechanický jav známy ako kvantové tunelovanie, pri ktorom elektróny dokážu takmer okamžite prekonať energetické bariéry, keď sú spustené týmito svetelnými impulzmi. Aby sme to zasadili do kontextu, súčasné počítačové procesory pracujú v gigahertzovom rozsahu (miliardy cyklov za sekundu).

Petahertz predstavuje biliardu cyklov za sekundu – to je viac ako tisíckrát rýchlejšie ako dnešné čipy, čo potenciálne umožňuje celkovo miliónkrát vyššie rýchlosti spracovania. Toto nie je len postupné zlepšenie; signalizuje to potenciálny posun paradigmy v rýchlosti výpočtov, ďaleko za hranice tradičného škálovania predpovedaného Moorovým zákonom, ktorý sa zväčša zameriaval na zvyšovanie hustoty tranzistorov a efektivity v gigahertzovej oblasti. 

Výskumný tím, vedený Mohammedom Hassanom, docentom fyziky a optických vied na Arizonskej univerzite, pôvodne študoval, ako grafén vedie elektrinu pri vystavení laserovému svetlu. Po úprave svojich grafénových vzoriek urobili prekvapivý objav o schopnosti jediného elektrónu „tunelovať“ materiálom. To viedlo k vytvoreniu petahertzového kvantového tranzistora.

Vo svojich experimentoch bol komerčne dostupný grafénový fototranzistor, vylepšený špeciálnou kremíkovou vrstvou, vystavený laseru spínajúcemu sa a vypínajúcemu s úžasnou rýchlosťou 638 attosekúnd – attosekunda je jedna kvintilióntina sekundy. Jedným z najvýznamnejších aspektov tohto prelomu je jeho praktickosť. Na rozdiel od mnohých vedeckých pokrokov, ktoré si vyžadujú extrémne podmienky, ako sú ultranízke teploty alebo prostredie vysokého vákua, tento nový petahertzový tranzistor úspešne fungoval v bežných, okolitých podmienkach.

Tento kľúčový detail ho robí oveľa vhodnejším pre komerčnú adaptáciu a prípadnú integráciu do budúcich elektronických zariadení. Táto praktickosť by mohla znamenať oveľa rýchlejší prechod od laboratórneho objavu k reálnemu dopadu, než je typické pre takéto zásadné objavy. Uvedomujúc si tento potenciál, Hassan a jeho tím už spolupracujú s Tech Launch Arizona, komercializačným ramenom univerzity, na patentovaní a komercializácii svojho vynálezu.

^{Zdroj Foto: University of Arizona / Mohammed Hassan}

Ich ďalším krokom je vyvinúť verziu tranzistora, ktorá sa dá ovládať pomocou štandardných, komerčne dostupných laserov, čo by ešte viac zvýšilo jeho dostupnosť pre priemyselných partnerov. Potenciálny dopad takéhoto skoku vo výpočtovej rýchlosti je obrovský a transformačný.

Oblasti, ktoré by mohli byť revolučne zmenené, zahŕňajú umelú inteligenciu, kde by sa mohlo stať uskutočniteľným trénovanie oveľa väčších a zložitejších modelov; vesmírny výskum, umožňujúci rýchlejšie spracovanie astronomických dát; chémiu, pre presnejšie molekulárne simulácie a objavovanie liekov; a zdravotníctvo, pre rýchlu genómovú analýzu a personalizovanú medicínu. V podstate by rýchlosti spracovania v petahertzovom rozsahu mohli vedcom a inžinierom umožniť riešiť výpočtové problémy, ktoré sa v súčasnosti považujú za neriešiteľné kvôli ich čistej zložitosti.   

Zdroj: techspot.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}