„Attohodiny“ merajú elektróny pohybujúce sa v kvintilióntinách sekundy
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 27. 10. 2022
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Pohyby na úrovni častíc prebiehajú extrémne rýchlo, čo môže sťažovať sledovanie toho, čo sa tam deje. Inžinieri z Michiganskej univerzity v spolupráci s Regensburgskou univerzitou teraz vyvinuli takzvané „attohodiny“, ktoré dokážu robiť snímky elektrónov v intervaloch krátkych ako kvintilióntina sekundy.
V súčasných počítačoch sa rýchlosť hodín (tzv. clock speed, čiže rýchlosť, akou sa môže dokončiť cyklus spracovania) meria v nanosekundách, čo je miliardtina sekundy. A hoci je to dostatočne rýchle na to, na čo ich dnes používame, kvantové počítače majú potenciál drasticky zrýchliť.
„Procesor vášho súčasného počítača pracuje v gigahertzoch, čo je jedna miliardtina sekundy na operáciu,“ povedal Mackillo Kira, hlavný autor štúdie. „V kvantových počítačoch je to extrémne pomalé, pretože elektróny v počítačovom čipe sa zrážajú bilióny krát za sekundu a každá zrážka ukončí kvantový výpočtový cyklus. To, čo sme potrebovali, aby sme posunuli výkon dopredu, sú snímky tohto pohybu elektrónov, ktoré sú miliardkrát rýchlejšie. A teraz ich máme“.
Nové zariadenie tímu vykonáva merania na úplne inej časovej škále, takzvanej attosekundy, čo je jedna kvintilióntina sekundy. Aby sme si uvedomili, aký krátky je tento časový rámec, v jednej sekunde je viac ako dvakrát toľko attosekúnd, ako je sekúnd v celej doterajšej histórii vesmíru.
Je samozrejmé, že zaznamenávanie takto krátkych časových úsekov by bolo náročné, no tím vyvinul nový systém, ktorý im to umožňuje. Technika zahŕňa dva svetelné impulzy s energiami, ktoré zodpovedajú elektrónom. Prvý je impulz infračerveného svetla, ktorý dostane elektróny do stavu, v ktorom sa môžu pohybovať cez polovodičový materiál. Potom sa použije terahertzový (THz) impulz s nižšou energiou, ktorý vyšle elektróny na trajektórie, aby sa vynútili čelné zrážky. Vzniká tak svetelný záblesk a presné načasovanie týchto zábleskov sa dá analyzovať, aby sa odhalili kvantové interakcie a ďalšie detaily.
„Použili sme dva impulzy - jeden, ktorý energeticky zodpovedá stavu elektrónu, a potom druhý impulz, ktorý spôsobí zmenu stavu,“ povedal Kira. „V podstate môžeme natočiť, ako tieto dva impulzy menia kvantový stav elektrónu, a potom to vyjadriť ako funkciu času“.
Tím tvrdí, že zariadenia, ako je toto, sú prvým krokom k lepším kvantovým počítačom, pretože posúvajú naše chápanie toho, ako sa elektróny pohybujú, správajú a interagujú v materiáloch.
Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Nature.
