Логические элементы - это фундаментальные блоки, из которых строятся схемы всех компьютеров и периферийных устройств. И недавно исследователи из университета Рочестера разработали и создали опытные образцы логических элементов, обладающих самым высоким быстродействием на сегодняшний день, в миллион раз быстрее, чем логические элементы, использующиеся в самых современных микропроцессорах. Поражая "выстрелами" импульсов лазерного света участки из графена и золота, ученые положили практическое начало тому, что можно назвать термином "световолновая электроника".
Базовые логические элементы имеют два входа, на которые в виде электрических сигналов подаются исходные данные, и выход, сигнал на котором соответствует результату вычислений одной из логических функций - И, ИЛИ, НЕ или их комбинации. Миллиарды таких логических элементов, объединенных в общую схему на кристалле чипа, являются основой микропроцессоров, памяти и других электронных компонентов.
Транзисторы, из которых состоят логические элементы, работают не моментально, между временем от подачи сигналов на входы до момента появления результата на выходе проходит несколько наносекунд, что уже само по себе достаточно много с учетом быстродействия современных компьютеров. И теперь от такой длинной задержки можно будет избавиться, ведь логические элементы, разработанные в Рочестере, выдают результаты обработки входных сигналов через считанные фемтосекунды, что в миллион раз короче, чем наносекунды.
Для того, чтоб получить такое экстремальное быстродействие, ученые создали структуру, состоящую из графеновых и золотых нанопроводников, соединенных соответствующим образом. Когда поверхность графена и золота "обстреливается" синхронизированными импульсами лазерного света, электроны в материале возбуждаются и перемещаются в сторону золотого электрода, что производит импульсы электрического тока.
Регулируя фазу лазерного света, можно подавать на входы логического элемента различные данные, 1 и 0, которые могут сложиться или взаимно компенсировать друг друга, выдавая различные результаты в разных случаях. И в результате этого на свет появился первый в своем роде сверхбыстрый логический элемент, существование которого является подтверждением работоспособности принципов световолновой электроники, которая ранее была исключительно теоретическим понятием.
"Вероятнее всего, пройдет очень долгое время, прежде чем такая технология будет использоваться в вычислительной и другой цифровой технике" - пишут исследователи, - "Но теперь мы получили уверенность в том, что практическая реализация принципов световолновой электроники возможна и она, эта электроника, содержит в себе огромный потенциал для дальнейшего развития области вычислений".
Если когда-нибудь световолновая электроника все же доберется до области вычислительной техники, это будет означать, что процессоры будут работать на частотах, измеряемых не в гигагерцах, как сейчас, а в петагерцах (PHz). Это же, как показывают результаты некоторых других исследований, является абсолютным квантовым пределом быстродействия любых вычислительных систем, использующих свет в качестве носителя информации.