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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》雜志2018-12-10 我要評論(0 )   

一種半導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 / 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1.4萬億次,在超級計算機發展史上首次突破每秒萬億次大關。


隨者互聯網和人工智能的發展,大數據時代即將來臨,云儲存和云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,大數據技術將會和超級計算機相互促進,共同發展,其前景十分開闊。不僅如此,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一個國家信息化發展的衡量標準,它也是綜合國力的一個標志。



今年,超級計算機有了新的創新。傳統計算機芯片用電壓驅動晶體管開合,而新計算機模型創新性地采用了激光脈沖驅動晶格中的電子,使其快速轉變狀態,從而實現從“ 0 ”到“ 1 ”的轉變。比晶體管還要快 100 萬倍。


一種半導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)



在大部分分子結構中
激發態電子可以處于不同的量子態,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與分子中相似。鎢硒六角蜂窩晶體結構中,電子只有兩個激發態,對應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,電子被激發到了能量較高的外層跑道上。這本身沒有什么特別的,但關鍵的一步來了,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激發態的跑道上面。這正是傳統計算機芯片中晶體管的一次開合,而這種特殊材料中電子的轉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算的可能性。一旦成功實現電子的疊加態,這將會是量子計算里程碑式的突破。

如今的計算機硬件對于普通用戶來說已經出現了性能過剩的局面,但對于一些專業領域來說,仍對于更高性能的計算機如饑似渴。

“在未來,制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、雷根斯堡大學物理系教授 Ruper Huber 在一份聲明中說,他同時也是。盡管未來風光無限,目前為止這個設想還停留在理論階段。事實上,研究人員在這個系統上實現的僅僅是無序的,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,這仍然是一次從電驅動到光驅動的大膽嘗試,而它潛在的超速運算能力和實現室溫量子運算的可能性,都為下一代超速運算開辟了一個新的方向。

由此可見,激光計算機的研制成功是人類技術史上的一件大事。



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激光超級計算機AI
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