Квантовата физика ограничава скоростта на оптоелектрониката до 1 петахерц
(снимка: CC0 Public Domain)
Често изглежда сякаш електрониката ще продължи да става все по-бърза винаги, но в един момент законите на физиката ще сложат край на това. Сега учени са изчислили крайния лимит на скоростта – положението, в което квантовата механика прави невъзможно чиповете да стават по-бързи.
Добре известно е, че най-бързо от всичко се движи светлината. Това важи и за електрониката – системите, които използват светлина за управление на електричеството, известни като оптоелектроника, са най-бързите устройства. В ново проучване изследователи от Техническия университет във Виена, Техническия университет в Грац и Института по квантова оптика Макс Планк са идентифицирали горната граница на това колко бърза може да бъде оптоелектрониката.
Екипът е провел експерименти, използвайки полупроводникови материали и лазери. Полупроводникът бива „уцелен” с ултра-къс лазерен импулс, който измества електроните в материала към по-високо енергийно състояние, което им позволява да се движат свободно. След това втори, малко по-дълъг лазерен импулс ги кара да се изстрелят в определена посока, произвеждайки електрически ток.
Използвайки тази техника, както и сложни компютърни симулации, екипът въздействал върху полупроводници с все по-къси лазерни импулси. Но в определен момент процесът започнал да се сблъсква с принципа на неопределеността на Хайзенберг – това е квантова особеност, при която колкото по-точно измервате дадена характеристика на частица, толкова по-малко можете да сте сигурни за друга.
В този случай използването на по-къси лазерни импулси означава, че учените могат да кажат точно кога електроните получават дозата енергия, но това се случва на цената на по-малко увереност за количеството енергия, което получават.
В крайна сметка екипът успял да изчисли абсолютната горна граница за това колко бързи могат да бъдат оптоелектронните системи – един петахерц, което е милион гигахерца. Това е твърда граница, която не може да бъде надмината, защото е „вградена” от самите закони на квантовата физика.
Разбира се, малко вероятно е някога да се наложи да се тревожим точно по този въпрос. Екипът казва, че преди да достигнем ерата на петахерците, най-вероятно ще имаме доста други технологични предизвикателства.
Но разбирането за непреодолимия лимит може да помогне за разработването на по-добра електроника, казват изследователите.