A modern számítástechnika alapját évtizedek óta a szilícium alapú tranzisztorok adják. Azonban ezek fizikai korlátai – például az elektromos ellenállás – egyre inkább gátat szabnak a további sebességnövelésnek. Egy nemzetközi kutatócsoportnak, az Arizonai Egyetem vezetésével, most egy olyan áttörést sikerült elérnie, amely új korszakot nyithat a számítástechnikában. Kifejlesztették a világ első petahertzes sebességű tranzisztorát. Ez a fejlesztés az elektronok helyett a fény impulzusait használja fel. Ezzel elméletileg ezerszer gyorsabb számítógépek megalkotását teheti lehetővé.
A szilícium korlátainak áttörése: Az elektronok helyett a fény léphet a színre a jövőben
A hagyományos tranzisztorok elektronikus kapcsolóként működnek. Az elektromos áram áramlását szabályozzák. Sebességüket azonban behatárolják az anyagok fizikai tulajdonságai. Az új áttörés azonban teljesen megváltoztathatja ezt. Az elektromosság helyett a fény sebességével lehet majd kalkulációkat végezni. Ez a fény alapú számítástechnika víziója. A mostani felfedezés egy hatalmas lépés ennek megvalósítása felé. Elhozhatja a petahertzes feldolgozási sebesség korát. (Egy petahertz a másodpercenkénti ezer billió, azaz 10 a 15-en műveletet jelenti.)
A felfedezés mögött: Grafén, a kvantumalagút-effektus és az attoszekundumos lézerek
A kutatás, amelyet a rangos Nature Communications folyóiratban publikáltak, a grafén nevű, egyetlen szénatomrétegből álló csodaanyagra épül. A Mohammed Hassan, az Arizonai Egyetem fizika és optika tudományok docense által vezetett csapatnak sikerült a grafénben lévő elektronokat manipulálni. Mindezt egy kevesebb, mint egybilliomod másodpercig tartó fényimpulzus segítségével. Ezzel a kvantumalagút-effektusként ismert jelenséget tudták valós időben nemcsak megfigyelni, hanem irányítani is. Ez korábban példa nélküli volt.
Hogyan működik a gyakorlatban az új, forradalmi „fénytranzisztor” és mi a titka?
A csapat eredetileg a grafén elektromos vezetőképességét vizsgálta. Azt tapasztalták, hogy amikor egy lézer megvilágítja a szimmetrikus atomszerkezetű grafént, a keletkező elektromos áramok kioltják egymást. Így nem jön létre mérhető nettó áram. Azonban a grafénminták módosítása után egy érdekes felfedezést tettek. Megfigyelték, hogy egyetlen elektron is képes „alagutazni” az anyagon keresztül. Ezt a rendkívül gyors, múlandó eseményt pedig valós időben tudták rögzíteni. Ez a váratlan eredmény vezetett végül a világ leggyorsabb kvantumtranzisztorának megalkotásához.
Ennek eléréséhez a tudósok egy kereskedelmi forgalomban is kapható grafén fototranzisztort használtak. Ezt egy speciális szilíciumréteggel erősítették meg. Majd egy olyan lézerrel vizsgálták, amely elképesztő, 638 attoszekundum alatt kapcsolt be és ki. (Egy attoszekundum a másodperc egykvintilliómod része.) Az eredmény egy petahertzes sebességgel működő tranzisztor lett.
Ezt a kereskedelmi forgalomban kapható tranzisztort használták a kutatók a petahertz sebességű tranzisztor fejlesztéséhez Arizonai Egyetem
A technológia lehetséges hatásai: Ezerszer gyorsabb számítógépek a láthatáron a jövőre nézve
Mohammed Hassan szerint felfedezésük petahertzes tartományba eső feldgozási sebességet eredményezhet. Ez több mint ezerszer gyorsabb, mint amire a mai, legmodernebb számítógépeket működtető chipek képesek. Egy ilyen ugrás, véli a kutató, teljesen átalakítaná a számítástechnikát. Óriási előrelépést tenne lehetővé számos területen. A mesterséges intelligencia és az űrkutatás, a kémia és az egészségügy mind profitálhatnának ebből. „Az Arizonai Egyetem már ismert a világ leggyorsabb elektronmikroszkópjáról, és szeretnénk, ha mi is ismertek lennénk az első petahertz sebességű tranzisztorról” – tette még hozzá Hassan.
A gyakorlati megvalósítás útja: A laboratóriumtól a kereskedelmi forgalomban kapható mikrochipig
A felfedezés egyik legfontosabb előnye, hogy az új tranzisztor normál, környezeti körülmények között működik. Számos más tudományos áttöréssel ellentétben nem igényel extrém alacsony hőmérsékletet vagy speciális nyomást. Ez jelentősen megkönnyíti a jövőbeli kereskedelmi forgalomba hozatalt. Valamint a mindennapi elektronikában való felhasználás előtt is megnyitja az utat.
Hassan és csapata jelenleg a találmány szabadalmaztatásán dolgozik. Következő céljuk egy olyan változat kifejlesztése, amely szabványos, kereskedelmi forgalomban kapható lézerekkel is működik. Ez tovább csökkentené a technológia alkalmazásának költségeit. A végső lépés pedig az, hogy a petahertzes tranzisztort egy mikrochipre integrálják.
Összegzés: Új korszak kezdődhet a számítástechnika történetében a fény segítségével?
A petahertzes tranzisztor megalkotása egy jelentős tudományos és technológiai mérföldkő. Bár a technológia mindennapi alkalmazására valószínűleg még éveket kell várnunk, a koncepció bizonyított. A kutatás lefektette a számítástechnika jövőjének alapjait. Egy olyan jövőét, ahol a számítások sebességét már nem az elektronok, hanem a fény sebessége határozza meg. Ez a svéd kutatók által elért adatátviteli sebesség rekordjához hasonlóan egy újabb lépés a digitális világ határainak kitolásában.
Leave a Reply