Свет вместо транзисторов: новая технология вычислений разогналась до 10 000 ГГц

Учёные показали, как ультракороткие вспышки света могут выполнять логические операции в тысячу раз быстрее современных процессоров.

Похоже, у кремниевых процессоров появился серьёзный конкурент. Исследователи продемонстрировали новую технологию вычислений, где роль «рабочей лошадки» выполняет не электрический ток, а свет. И результаты выглядят впечатляюще: частота операций может превышать 10 терагерц, то есть около 10 000 ГГц. Для сравнения, это более чем в тысячу раз быстрее современных процессоров.

Большинство сегодняшних компьютеров работают по одной и той же базовой схеме: транзисторы перемещают электрические заряды внутри полупроводников. Этот механизм проверен временем, но у него есть фундаментальное ограничение скорости. Электроника буквально упирается в физику материалов.

Чтобы обойти этот потолок, группа учёных из Politecnico di Milano решила сыграть в другой лиге и использовать колебания света не только для передачи информации, но и для её обработки.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Photonics. В работе показано, что точно синхронизированные лазерные импульсы могут управлять квантовыми состояниями материи, выполняя логические операции на частотах выше 10 ТГц.

Ключевую роль в эксперименте сыграл материал дисульфид вольфрама (WS₂). Это двумерная структура толщиной всего три атомных слоя. В такой ультратонкой плёнке электроны могут находиться в двух различных квантовых состояниях, которые физики называют «долинами».

Эти «долины» работают как новая единица информации. По сути, они выполняют ту же функцию, что и привычные 0 и 1, но переключаться между ними можно гораздо быстрее.

Учёные управляли этими состояниями с помощью сверхкоротких лазерных вспышек, каждая из которых длится всего несколько квадриллионных долей секунды. Последовательность таких импульсов позволяет включать, выключать и изменять информационные состояния, формируя логические операции.

Интересно, что эксперимент проводился при обычной комнатной температуре. Более того, использованные световые импульсы уже давно применяются в лабораториях, поэтому технология не требует экзотического оборудования.

Ещё один важный результат исследования — измерение того, как долго сохраняется закодированная информация прежде чем начинает разрушаться. Для будущих оптических процессоров это критический параметр.

Конечно, до реальных «световых компьютеров» ещё далеко. Учёным предстоит решить несколько сложных задач: увеличить количество информационных элементов, усложнить последовательности импульсов и научиться масштабировать систему.

Но сам факт успешной демонстрации уже выглядит как первый шаг к новому классу сверхбыстрых вычислительных систем, где роль процессора будут выполнять не транзисторы, а управляемые вспышки света.