使用激光脈沖來(lái)制作計(jì)算的基本單元，可以以1千兆次/秒的速度在開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之間進(jìn)行切換，這比現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的位數(shù)快大約100萬(wàn)倍。這項(xiàng)研究發(fā)表在5月2號(hào)Nature上。

每秒10億次操作并不酷。 知道什么是酷么？ 每秒高達(dá)100億次操作。

這是對(duì)新型計(jì)算技術(shù)的一種承諾，它使用激光脈沖來(lái)制作計(jì)算的基本單元，也就是1比特，它可以以1千兆次/秒的速度在開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之間進(jìn)行切換，或著說(shuō)，在“1”和“0”的狀態(tài)之間切換。 這比現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的位數(shù)快大約100萬(wàn)倍。

常規(guī)計(jì)算機(jī)，包括計(jì)算器、用于閱讀本文的智能手機(jī)和筆記本電腦等所有設(shè)備，都以1s和0s為單位進(jìn)行運(yùn)作。 他們所做的一切，從解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，到表示視頻游戲的世界，都是一個(gè)非常復(fù)雜的1或0的集合，或者說(shuō)“是”或“不是”的集合。 2018年，一臺(tái)典型的計(jì)算機(jī)可以使用硅片來(lái)執(zhí)行每秒10億次以上的操作。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員將紅外激光脈沖照射在鎢和硒的蜂窩狀晶格上，使得硅芯片像普通的計(jì)算機(jī)處理器一樣從“1”狀態(tài)切換到“0”狀態(tài)，根據(jù)在5月2號(hào)Nature上發(fā)表的文章顯示，這種方式可以使計(jì)算機(jī)的速度提高上百萬(wàn)倍。

這是電子技術(shù)如何在蜂窩晶格中表現(xiàn)的技巧。

在大多數(shù)分子中，在它們周圍的軌道中的電子可以跳進(jìn)幾種不同的量子態(tài)，或者當(dāng)它們興奮時(shí)，它們就會(huì)跳躍到“假想旋轉(zhuǎn)”?？梢酝ㄟ^(guò)假象來(lái)更好的理解這些狀態(tài)，就好像分子周圍本身存在一些循環(huán)的賽道。研究人員將這些賽道稱為“山谷”，并將對(duì)其的操縱稱為“valleytronics”。

當(dāng)不受歡迎時(shí)，電子可能會(huì)靠近分子，進(jìn)入一個(gè)懶惰的賽道。 但是，如果用一些方法激發(fā)那個(gè)電子，比如用閃光燈，這個(gè)操作將會(huì)消耗電子的外部軌道上的一些能量。

鎢硒晶格周圍只有兩條軌道供激發(fā)的電子進(jìn)入。 以紅外光的一個(gè)方向閃爍晶格，電子將跳到第一條軌道上。 用不同的紅外光定向閃光，電子會(huì)跳到另一個(gè)軌道上。 理論上，計(jì)算機(jī)可以將這些軌跡視為1和0。 當(dāng)軌道1上有電子時(shí)，它就代表1。當(dāng)它在軌道0上時(shí)，它就代表0。

至關(guān)重要的是，這些軌道（或山谷）緊密結(jié)合在一起，在電子在失去能量之前不需要在它們之上運(yùn)行很長(zhǎng)的時(shí)間。 根據(jù)論文中的內(nèi)容顯示，當(dāng)用一種紅外光脈沖閃爍晶格時(shí)，電子將跳到軌道1上，但是它只會(huì)在這個(gè)軌道上循環(huán)幾飛秒的時(shí)間，然后返回到靠近原子核的軌道上的未激發(fā)狀態(tài)。飛秒速度是千億分之一秒，甚至不足以讓一束光穿過(guò)單個(gè)紅血球。

因此，電子不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停留在軌道上，但是一旦它們?cè)谲壍郎?，額外的光脈沖將會(huì)使它們有機(jī)會(huì)回到未激勵(lì)狀態(tài)之前的狀態(tài)，并在兩個(gè)軌道之間來(lái)回變換，直到它們有機(jī)會(huì)回到那個(gè)非興奮狀態(tài)。這一切都是以一種難以置信的速度進(jìn)行一遍又一遍的閃爍：1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 ，而這正是計(jì)算機(jī)的那些東西。 研究人員表示，在這類材料中，它的發(fā)生速度可能比現(xiàn)代芯片快得多。

研究人員還提出了他們的晶格可以在室溫下用于量子計(jì)算的可能性。這是量子計(jì)算的圣杯，因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)都需要研究人員首先將其量子位冷卻至接近絕對(duì)零度，即最冷的可能溫度。研究人員表明，理論上可能激發(fā)這個(gè)晶格中的電子使其在1軌道和0軌道上“疊加”，或者同時(shí)在兩條軌道上，模糊地進(jìn)行模糊狀態(tài)的處理，這正是量子計(jì)算的關(guān)鍵。

這項(xiàng)研究的主要作者，德國(guó)雷根斯堡大學(xué)物理學(xué)教授Rupert Huber在一份聲明中表示：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們看到了引入量子信息器件的實(shí)際可能性，這些器件的運(yùn)行速度比單個(gè)光波的單次振蕩更快。然而，研究人員實(shí)際上并沒(méi)有以這種方式執(zhí)行任何量子操作，所以室溫量子計(jì)算機(jī)的想法仍然完全是理論上的。事實(shí)上，研究人員在其晶格上執(zhí)行的經(jīng)典（常規(guī)型）操作，也就是在1和0之間的來(lái)回切換，是毫無(wú)意義的。晶格仍然沒(méi)有用來(lái)計(jì)算任何東西。因此，研究人員仍然必須證明它可以用于實(shí)際的計(jì)算機(jī)。

盡管如此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以在迄今為止無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下為超快速的傳統(tǒng)計(jì)算，甚至是量子計(jì)算打開(kāi)一個(gè)大門。