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Les lasers pourraient faire des ordinateurs 1 million de fois plus rapides

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Un milliard d'opérations par seconde n'est pas cool. Savoir ce qui est cool? Un million de milliards d'opérations par seconde.

C'est la promesse d'une nouvelle technique de calcul qui utilise des impulsions de lumière laser pour faire un prototype de l'unité fondamentale de calcul, appelée un bit, qui pourrait basculer entre ses états marche ou arrêt, ou "1" et "0", 1 quadrillion fois par seconde. C'est environ 1 million de fois plus rapide que les bits dans les ordinateurs modernes.

Ordinateurs conventionnels (tout de votre calculatrice pour le smartphone ou l'ordinateur portable que vous utilisez pour lire ceci) penser en termes de 1 et 0. Tout ce qu'ils font, de la résolution de problèmes mathématiques à la représentation du monde d'un jeu vidéo, revient à une collection très élaborée d'opérations à 1 ou 0, oui ou non. Et un ordinateur typique en 2018 peut utiliser des bits de silicium pour effectuer plus ou moins 1 milliard de ces opérations par seconde.

Dans cette expérience, les chercheurs ont puisées une lumière laser infrarouge de treillis en forme de nid d'abeilles de tungstène et de sélénium, ce qui permet à la puce de silicium pour passer de « 1 » à « 0 » états comme un processeur d'ordinateur normal - seulement un million de fois plus rapide, selon la l'étude.

C'est un truc de comment les électrons se comportent dans ce réseau en nid d'abeille.

Dans la plupart des molécules, les électrons en orbite autour d'eux peuvent sauter dans plusieurs états quantiques différents, ou « pseudospins » quand ils se passionnent. Une bonne façon d'imaginer ces états est aussi différente, en faisant des boucles de piste autour de la molécule elle-même. (Les chercheurs appellent ces pistes « vallées », et la manipulation de ces tours « valleytronics. »)

Quand il n'est pas excité, l'électron peut rester proche de la molécule et tourner en cercles paresseux. Mais excitez cet électron, peut-être avec un éclair de lumière, et il aura besoin d'aller brûler de l'énergie sur l'une des pistes extérieures.

Le réseau de tungstène-sélénium n'a que deux pistes autour de lui pour permettre aux électrons excités d'entrer. Flash le treillis avec une orientation de la lumière infrarouge, et l'électron va sauter sur la première piste. Flash avec une orientation différente de la lumière infrarouge, et l'électron va sauter sur l'autre piste. Un ordinateur pourrait, en théorie, traiter ces pistes comme des 1 et des 0. Quand il y a un électron sur la piste 1, c'est un 1. Quand c'est sur la piste 0, c'est un 0.

Fondamentalement, ces pistes (ou vallées) sont proches les unes des autres, et les électrons n'ont pas besoin de courir dessus très longtemps avant de perdre de l'énergie. Pulser le réseau avec le type de lumière infrarouge une, et un électron saute sur la piste 1, mais il n'encercler pour « quelques femtosecondes », selon le document, avant de revenir à son état non excité dans les orbitales plus près du noyau. Une femtoseconde est un milliard de millionième de seconde, pas même assez longtemps pour qu'un rayon de lumière traverse un seul globule rouge.

Ainsi, les électrons ne restent pas longtemps sur la piste, mais une fois qu'ils sont sur une piste, des impulsions de lumière supplémentaires vont les faire basculer entre les deux pistes avant qu'elles aient une chance de retomber dans un état non excité. Ce jeu de va-et-vient, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - encore et encore dans des flashs incroyablement rapides - est l'essence de l'informatique. Mais dans ce genre de matériel, les chercheurs ont montré, cela pourrait arriver beaucoup plus rapidement que dans les puces contemporaines.

Les chercheurs ont également soulevé la possibilité que leur treillis pourrait être utilisé pour l'informatique quantique à température ambiante. C'est une sorte de Saint-Graal pour l'informatique quantique, puisque la plupart des ordinateurs quantiques existants exigent que les chercheurs refroidissent d'abord leurs bits quantiques jusqu'à zéro absolu, la température la plus froide possible. Les chercheurs ont montré qu'il est théoriquement possible d'exciter les électrons dans ce réseau à « superpositions » des 1 et 0 pistes - ou états ambigus d'être de type de tri de manière floue sur les deux pistes en même temps - qui sont nécessaires pour calculs de calcul quantique.

« À long terme, nous voyons une chance réaliste d'introduire des dispositifs quantiques d'information qui effectuent des opérations plus rapidement qu'une seule oscillation d'une onde lumineuse, » auteur principal de l'étude, professeur de physique, a déclaré dans un communiqué. Cependant, les chercheurs n'ont pas effectué d'opérations quantiques de cette façon, donc l'idée d'un ordinateur quantique à température ambiante est encore entièrement théorique. Et en fait, les opérations classiques (de type régulier) que les chercheurs ont effectuées sur leur treillis n'étaient que des commutations 1 et 0 sans sens, allant et venant. Le treillis n'a toujours pas été utilisé pour calculer quoi que ce soit. Ainsi, les chercheurs doivent encore montrer qu'il peut être utilisé dans un ordinateur pratique.

Pourtant, l'expérience pourrait ouvrir la porte à l'informatique conventionnelle ultrarapide - et peut-être même à l'informatique quantique - dans des situations impossibles à réaliser jusqu'à présent.
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