新的逻辑门比现有计算机所使用的逻辑门快一百万倍,并证明了“光波电子”

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逻辑门(Logic Gates)是在集成电路(Integrated Circuit)上的基本组件。通过激光脉冲照射石墨烯和黄金,罗切斯特大学的研究人员现在已经开发出了有史以来最快的逻辑门。新的逻辑门比现有计算机所使用的逻辑门快一百万倍,并证明了“光波电子”(lightwave electronics)的可行性。

逻辑门接受两个输入,对它们进行比较,然后根据结果输出一个信号。例如,如果输入的两个信号都是 1 或 0,或者其中一个或两个都不是 1,它们可以输出 1,以及其他"规则"。数以十亿计的独立逻辑门被塞进芯片,以创造处理器、存储器和其他电子元件。

不过,逻辑门并不是即时工作的,当它们处理输入时,有一个纳秒级(nanoseconds)的延迟。这对现代计算机来说已经足够快了,但总是有改进的余地。而现在,罗切斯特团队的新逻辑门将它们的速度提升到了极致,处理信息的时间仅为飞秒(femtoseconds),比纳秒短一百万倍。

为了达到这些极端的速度,该团队制作了由连接两个金电极的石墨烯线组成的结。当石墨烯被同步的一对激光脉冲击中时,材料中的电子被激发,使它们向其中一个电极飞去,产生电流。

通过调整激光脉冲的相位,研究小组能够产生两种电荷载流子中的一种,它们要么相加,要么相互抵消–前者可以被认为是1的输出,后者则是0。

这项研究的首席研究员 Tobias Boolakee 说:“这种技术可能还需要很长时间才能用于计算机芯片,但至少我们现在知道,光波电子技术实际上是可行的”。

如果这些类型的光波电子设备真的进入市场,它们可能比今天的计算机快数百万倍。目前,我们以千兆赫兹(GHz)来衡量处理速度,但这些新的逻辑门的功能是以彼得赫兹(PHz)为尺度。以前的研究已经将其设定为基于光的计算机系统可能达到的绝对量子极限。

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