Стала известна величина абсолютного квантового ограничения скорости работы электроники
Группа учёных из Венского технологического университета, Технологического университета Граца и Института квантовой оптики Макса Планка разработала эксперименты и произвела расчёты, необходимые для вычисления значения абсолютного квантового ограничения скорости*. По достижении этой величины законы квантовой механики не позволят еще больше увеличить производительность электроники. По крайней мере, это справедливо для оптоэлектроники – устройств, которые создаются на основе самой современной технологии, в соответствии с которой электрическим током управляют частицы света. А, как известно, на данном этапе развития науки мы не способны достичь такой скорости, которая превысила бы скорость света.
Учёные задались вопросом: до какого предела может быть теоретически увеличена производительность оптоэлектронных устройств? Для ответа на этот вопрос была разработана серия экспериментов с применением лазеров и полупроводников. Суть экспериментов заключалась в том, что при помощи коротких импульсов света, испускаемых лазером, электроны в полупроводнике переводятся на более высокий энергетический уровень и начинают свободно перемещаться, после чего под воздействием более длительного импульса в полупроводниковом материале возникает электрический ток. Суть опытов сводилась к тому, чтобы планомерно уменьшать время действия лазерных импульсов, тем самым увеличивая быстродействие системы. Результатом экспериментов стало достижение такого временного интервала воздействия лазера на полупроводник, по достижении которого система переставала демонстрировать ожидаемый ответ, поскольку в силу вступал принципа неопределенности Гейзенберга**.
Таким образом, при высокоточных замерах времени, когда электроны полупроводника вступают в контакт с энергией от лазерного импульса, количество этой энергии не поддаётся контролю из-за принципа неопределённости. А невозможность обеспечить стабильное значение энергии электронов в электронном устройстве, в свою очередь, не позволяет управлять им.
Таким образом, учёные сумели вычислить, абсолютный верхний предел быстродействия оптоэлектронных систем, он составляет 1 петагерц, миллион гигагерц.
Однако, вряд ли именно этот факт – невозможность преодолеть верхний предел быстродействия – станет тем камнем преткновения, который остановит прогресс. Скорее всего, разработчики электроники столкнутся с технологическими сложностями задолго до достижения производительности электронных систем в 1 петагерц, что подтолкнёт развитие технологий в каком-то ином направлении.
По материалам newatlas.com
* Абсолютное квантовое ограничение скорости – это ограничение минимального времени, в течение которого квантовая система эволюционирует между двумя различимыми состояниями.
** Принцип неопределенности Гейзенберга - фундаментальное соображение (соотношение неопределённостей), устанавливающее предел точности одновременного определения пары характеризующих систему квантовых наблюдаемых, описываемых некоммутирующими операторами.