Tvoj smartfón by mohol byť až 1 000-krát rýchlejší. Nie, nie je to vtip. Nový objav otvára doposiaľ nevídané možnosti
Tvoj smartfón by mohol byť až tisíckrát rýchlejší vďaka kvantovému objavu, ktorý má potenciál transformovať celú sféru elektroniky.
Výskumníci z Northeastern University objavili nové elektronické skupenstvo hmoty, ktoré môžu vytvoriť na požiadanie a ktoré by mohlo priniesť revolúciu do sveta elektroniky. Naše zariadenia by sa vďaka tomuto prelomu mohli stať až tisíckrát efektívnejšie.
Nový objav zahŕňa prechádzanie medzi izolujúcim a vodivým stavom. Autori výskumu vysvetľujú, že vďaka tomuto procesu by sme mohli nahradiť kremíkové komponenty oveľa menšími a výkonnejšími kvantovými materiálmi.
“Procesory dnes fungujú v gigahertzoch, no nové zariadenia by dokázali pracovať v terahertzoch,” hovorí vedúci výskumu Alberto de la Torre.
Objavenú metódu nazvali výskumníci termálne utlmenie. Ide o kontrolované zohrievanie a chladenie, vďaka ktorému môžu výskumníci prehadzovať kvantový materiál medzi vodivým a izolujúcim stavom. Tieto stavy môžu byť obrátené pomocou rovnakej metódy. Získaný efekt výskumníci pripisujú k tranzistoru, ktorý prehadzuje elektronické signály.
Revolúcia vo výpočtovej technológií na dosah
Tranzistory boli vynálezom, ktorý dokázal zmenšiť počítače zo zariadení o veľkosti izby na miniatúrne zariadenia, ktoré vieme schovať do našich vreciek. Nadobudnutie kontroly nad kvantovými materiálmi má rovnaký potenciál zmenšiť elektroniku.
“Každý, kto aspoň raz vlastnil počítač si želal, aby sa niečo načítalo rýchlejšie. Nič nie je ale rýchlejšie ako svetlo a práve svetlo využívame na to, aby sme ovládali vlastnosti materiálu. To nám dovoľuje nahrávať veci najvyššou dovolenou kozmickou rýchlosťou,” vysvetľuje spoluautor štúdie, Gregory Fiete.
Výskumníci zasvietili svetlom na kvantový materiál, ktorý sa označuje ako 1T-TaS2. Blízko izbovej teploty výskumníci dosiahli ukryté kovové skupenstvo, ktoré bolo doteraz možné dosiahnuť len pri extrémne nízkych teplotách. Vedci vytvorili tento stav za oveľa praktickejších podmienok. Zároveň ale zistili, že materiál si dokáže udržať svoj naprogramovaný stav po celé mesiace. Podotýkajú, že také niečo nebolo dosiahnuté.
Neprehliadni
“Jednou z najväčších výziev je, ako môžeme dosiahnuť ovládnutie týchto stavov na želanie? Chceli sme v našej práci dosiahnuť najvyššiu možnú mieru kontroly nad vlastnosťami materiálov. Chceme, aby materiál vykonával niečo veľmi rýchlo a s určeným výsledkom,” hovoria autori štúdie.
Elektronické zariadenia potrebujú izolanty aj vodivé materiály, pričom medzi nimi musí existovať dobre navrhnuté rozhranie. Objav výskumníkov znamená, že už stačí len jeden typ materiálu ovládaný svetlom, ktorý by najprv bol vodivým a následne slúžil ako izolant. Autorom výskumu sa teda podarilo eliminovať jednu z najväčších inžinierskych výziev tým, že obe hľadané vlastnosti vložili do jedného materiálu. Následne nahradili rozhranie svetlom, ktoré dokáže operovať v širšom spektre teplôt.
Výskumníci stavajú na svojej predchádzajúcej práci, ktorá sa zameriavala na ultrarýchle laserové pulzy. Tie dokázali dočastne zmeniť spôsob, akým materiály viedli elektrinu. Stabilné zmeny vodivosti pri vyšších teplotách predstavujú významný pokrok v oblasti kvantovej mechaniky. Z dlhodobejšieho hľadiska by tieto materiály mohli nahradiť kremíkovú technológiu, ktorá je základom pre všetku modernú elektroniku. Polovodiče majú dnes tak nahusto napratané logické komponenty, že ich inžinieri ukladajú na seba v troch dimenziách. To má svoje limitácie.
Budúcnosť v kvantových počítačoch?
Práve preto je ešte dôležitejšie, aby výskumníci hľadali nové kvantové materiály. Tie by mohli elektroniku posunúť do novej kapitoly. Ako autori štúdie naznačujú, technológie sa nachádzajú v takom bode, že ak chceme dosiahnuť revolučný pokrok vo výkone, potom musíme zmeniť spôsob, akým uvažujeme nad elektronikou.
Kvantové počítače sú jednou z fascinujúcich inovatívnych ciest, no zaberie to ešte veľa práce, kým sa kvantové počítače dostanú do praxe. Nový výskum ale predstavuje významný krok k tejto realite.
Čo sa kvantovej výpočtovej techniky týka, fascinujúci je aj prelom, ktorý sa podaril výskumníkom z inštitútu MIT. Tí našli spôsob, ako spojiť kvantové procesory bez jediného kábla. Viac sa o tom dozvieš v našom článku.
