Ultra hızlı ışık darbeleri, bilgisayarları günümüz işlemcilerinden bir milyon kat daha hızlı hale getirebilir: Arizona Üniversitesi’nden araştırmacıların da aralarında bulunduğu bir bilim insanları ekibi bunu gerçeğe dönüştürmek için çalışıyor.
Fizik Bölümü ve James Wyant Optik Bilimler Fakültesi’nden bilim insanları, uluslararası bir iş birliğiyle, saniyenin trilyonda birinden daha kısa süren ışık darbeleri kullanarak grafendeki elektronları kontrol etmenin bir yolunu gösterdiler. Tünelleme olarak bilinen bir kuantum etkisini kullanarak, elektronların fiziksel bir bariyeri neredeyse anında geçmesini sağladılar ve böylece hesaplama gücünün olası sınırlarını yeniden tanımladılar.
Nature Communications dergisinde yayımlanan bir araştırma, bu tekniğin petahertz seviyesinde veri işleme hızlarına, yani günümüz çiplerinden 1.000 kat daha hızlı bir hıza ulaşılmasına yol açabileceğini vurguluyor.
Fizik ve Optik Bilimleri Doçenti Mohammed Hassan, verilerin bu hızlarda aktarılmasının, bilişim anlayışımızı kökten değiştireceğini söyledi. Hassan, ışık tabanlı hesaplama teknolojileri geliştirme konusunda uzun bir geçmişe sahip ve daha önce dünyanın en hızlı elektron mikroskobunun yaratılmasına öncülük etmişti.
“ Yapay zeka yazılımı gibi teknolojilerin geliştirilmesinde büyük ilerlemeler kaydettik, ancak donanım geliştirme hızı buna ayak uyduramadı. Ancak kuantum hesaplamadaki keşiflere dayanarak, bilgi teknolojisi yazılımındaki devam eden devrime ayak uydurabilen donanımlar geliştirebiliriz. Ultra hızlı bilgisayarlar, uzay, kimya, sağlık hizmetleri ve daha birçok alandaki araştırmalara büyük fayda sağlayacak ,” dedi Hassan.
Hassan, Arizona Üniversitesi’nden meslektaşlarıyla birlikte çalıştı: Fizik doçenti Nikolai Golubev, optik ve fizik okuyan yüksek lisans öğrencisi Mohamed Sinari, Jalil Shah ve optik alanında yüksek lisans öğrencisi Minghui Yuan. Çalışmaya, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü Jet Propulsion Laboratuvarı ve Almanya’daki Münih Ludwig-Maximilians Üniversitesi’nden meslektaşları da katıldı.
Ekip ilk olarak, tek katmanlı karbon atomlarından oluşan bir malzeme olan grafenin değiştirilmiş örneklerinin elektriksel iletkenliğini inceledi. Grafen üzerine lazer ışığı tutulduğunda, lazer enerjisi malzemedeki elektronları harekete geçirerek hareket etmelerini ve akım oluşturmalarını sağlar.
Bazen bu elektrik akımları birbirini iptal eder. Hassan, bunun, lazer enerji dalgasının yukarı ve aşağı hareket ederek grafenin her iki tarafında eşit ve zıt akımlar oluşturması nedeniyle gerçekleştiğini açıkladı. Grafenin simetrik atomik yapısı nedeniyle bu akımlar yansıtılır ve birbirlerini iptal ederler.
Peki ya tek bir elektron grafenden geçebilseydi ve yolu gerçek zamanlı olarak kaydedilip izlenebilseydi? Neredeyse anında gerçekleşen bu “tünel etkisi”, ekibin farklı grafen numunelerinde yaptığı modifikasyonun beklenmedik bir sonucuydu.
” Bilimde en çok sevdiğim şey bu: gerçek keşifler beklemediğiniz şeylerden gelir. Bir laboratuvara girdiğinizde, her zaman ne olacağına dair bir beklenti duygusuna sahip olursunuz, ancak bilimin gerçek güzelliği sizi daha fazla keşfetmeye teşvik eden küçük kazalardır. Bu tünel etkisini başardığımızı fark ettiğimizde, daha fazlasını bilmemiz gerekiyordu ,” dedi Hassan.
Araştırmacılar, özel bir silikon tabakasıyla modifiye edilmiş ticari olarak satılan grafen bazlı bir fototransistörü kullanarak, 638 attosaniyede geçiş yapan bir lazer kullanarak Hassan’ın “dünyanın en hızlı petahertz kuantum transistörü” olarak adlandırdığı şeyi yarattılar.
Transistör, iki nokta arasındaki elektrik akışını kontrol eden, elektronik anahtar veya yükselteç görevi gören bir cihazdır ve modern elektroniğin gelişiminin temelini oluşturur.
” Karşılaştırma yapmak gerekirse, bir attosaniye bir saniyenin kentilyonda biridir. Bu, bu başarının, petahertz hızında bir transistör yaratarak ultra hızlı bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesinde büyük bir sıçramayı temsil ettiği anlamına gelir ,” dedi Hassan.
Bazı bilimsel gelişmeler sıcaklık ve basınç gibi katı koşullar gerektirirken, bu yeni transistör normal koşullar altında çalışarak ticarileştirilmesinin ve günlük elektronikte kullanılmasının önünü açtı.
Hassan, Arizona Üniversitesi araştırmalarına dayanan buluşları ticarileştirmeye, patent almaya ve yenilikleri pazara sunmaya yardımcı olan bir ofis olan Tech Launch Arizona ile ortaklık kuruyor. Orijinal buluş özel bir lazer kullansa da araştırmacılar ticari olarak satılan ekipmanlarla uyumlu bir transistör geliştirmeye devam ediyorlar.
” Bu petahertz transistörünü bir mikroçipte uygulamak için endüstriyel ortaklarla iş birliği yapabileceğimizi umuyorum. Arizona Üniversitesi zaten dünyanın en hızlı elektron mikroskobuna sahip olmasıyla biliniyor ve biz de ilk petahertz transistörüne sahip olmakla tanınmak istiyoruz ,” dedi Hassan.
