Vedci vypočítali absolútnu hranicu kvantovej rýchlosti pre elektroniku
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 28. 3. 2022
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Často sa zdá, že elektronika sa bude zrýchľovať donekonečna, no v určitom okamihu zasiahnu fyzikálne zákony a zastavia to. Vedci teraz vypočítali absolútnu hranicu rýchlosti, bod, v ktorom kvantová mechanika zabráni tomu, aby sa mikročipy zrýchlili.
Je dobre známe, že nič sa nepohybuje rýchlejšie ako svetlo, a to platí aj pre elektroniku. Systémy, ktoré využívajú svetlo na ovládanie elektriny, známe ako optoelektronika, sú najrýchlejšími zariadeniami. A v novej štúdii vedci z Technickej univerzity vo Viedni (TU Wien), Technickej univerzity v Grazi (TU Graz) a Inštitútu Maxa Plancka pre kvantovú optiku určili hornú hranicu toho, na akú rýchlosť by sa optoelektronika mohla dostať.
Tím uskutočnil experimenty s použitím polovodičových materiálov a laserov. Polovodič je zasiahnutý ultrakrátkym laserovým impulzom, ktorý posunie elektróny v materiáli do stavu s vyššou energiou, čo im umožní voľný pohyb. Potom ich druhý, o niečo dlhší laserový impulz vyšle do určitého smeru, čím vznikne elektrický prúd.
Pomocou tejto techniky, ako aj zložitých počítačových simulácií tím zasiahol polovodiče kratšími a kratšími laserovými impulzmi. V určitom bode však tento proces začne narážať na Heisenbergov princíp neurčitosti. Ide o zvláštnu kvantovú zvláštnosť, pri ktorej čím presnejšie zmeriate jednu charakteristiku častice, tým menej si môžete byť istí inou.
V tomto prípade použitie kratších laserových impulzov znamená, že pozorovatelia môžu presne určiť, kedy elektróny získajú energiu, ale za cenu toho, že si budú menej istí množstvom získanej energie. A to je pre elektronické zariadenia veľký problém, pretože neznalosť presnej energie elektrónov znamená, že ich nemožno tak presne riadiť.
Na základe toho tím vypočítal absolútnu hornú hranicu toho, akú rýchlosť by optoelektronické systémy mohli niekedy dosiahnuť - jeden Petahertz (PHz), čo je milión gigahertzov. To je absolútny limit, ktorý sa nedá obísť, pretože táto bariéra je zakotvená v samotných zákonoch kvantovej fyziky.
Samozrejme, je nepravdepodobné, že by sme sa o to niekedy museli priamo obávať. Tím tvrdí, že iné technologické prekážky by sa objavili dlho predtým, ako by optoelektronické zariadenia dosiahli oblasť PHz. Ale pochopenie absolútnej hranice by mohlo pomôcť pri vývoji lepšej elektroniky.
Výskum bol uverejnený v magazíne Nature Communications.
