Найден способ разогнать компьютеры в миллион раз

Вычисления со скоростью света

Специалисты Университета Джорджии в США предложили способ, позволяющий на порядки увеличить производительность вычислительной техники. Выигрыш в скорости работы микросхем, по словам ученых, достигается за счет применения сверхтонких полупроводников, которые изготавливаются из так называемых дихалькогенидов (особых бинарных химсоединений) переходных металлов (TMDC) и обладают оптическими свойствами.

«Нет ничего быстрее света, – говорит доктор Марк Стокман (Mark Stockman), главный автор исследования, регент-профессор отделения физики и астрономии Университета штата Джорджия. – Поэтому единственный способ построить значительно более быстрые компьютеры, чем сейчас, – использовать не электронику, а оптику».

Исследователи заявили, что компьютеры, созданные с использованием нового открытия, будут работать совершенно иным образом, нежели современные процессоры и память. Таким образом, для внедрения новой технологии понадобится кардинальная переработка вычислительных систем во множестве аспектов, а это, в свою очередь, значит, что переход на TDMC точно не состоится в ближайшем будущем. Более того, это всего лишь один из множества возможных сценариев развития технологий.

Полупроводники с оптическими свойствами

Ученые выдвинули предположение, что микросхемы из TMDC способны обрабатывать информацию со скоростью фемтосекунд. Фетмосекунда составляет миллионную долю миллиардной доли секунды.

TMDC характеризуются наличием шестиугольной решетчатой структуры, которая включает слой атомов переходного металла, зажатый между двумя слоями атомов халькогенов (химические элементы 16 группы периодической таблицы химических элементов). Эта структура и помогает процессору работать быстрее, а также обеспечивает более эффективное хранение информации.

motherboard600.jpg

Микросхемы, выполненные на TDMC-проводниках, могли бы работать в миллион раз быстрее благодя оптическим свойствам материала

В шестиугольной решетчатой структуре электроны TMDC вращаются, пребывая в различных состояниях. Причем некоторые из них вращаются в одну сторону, а другие — в противоположную, в зависимости от положения в шестиугольнике. Такое движение вызывает новый эффект, называемый топологическим резонансом. Благодаря ему становится возможным считывать, записывать или обрабатывать биты информации за считанные фемтосекунды.

TMDC отличаются стабильностью, нетоксичностью, небольшой массой и толщиной, а также высокой прочностью. TDMC – представитель широкого семейства так называемых двумерных (2D) материалов, названных так из-за их необычайной тонкости – толщиной в один или чуть большее количество атомов. К нему в частности относятся дисульфид молибдена и диселенид вольфрама. Исследователи также установили наличие оптических свойств у этой категории материалов.

Квантовые компьютеры

Напомним, другим перспективным направлением в области вычислительной техники являются квантовые технологии. Преимущества квантовых компьютеров основаны на том, что в них для представления данных используются не классические двоичные ячейки памяти, содержащие один бит информации (единицу или ноль), а так называемые кубиты (qubit, quantum bit, «квантовые биты»), представляющие собой квантовые объекты, которые могут принимать множество различных состояний благодаря принципу квантовой суперпозиции.

Считается, что квантовый компьютер с регистром из 50 полносвязных кубитов сможет продемонстрировать превосходство над классическими вычислительными системами. Решение практически значимых задач требует реализации регистра из 0,5–2 тыс. полносвязных кубитов, при этом точность операций с кубитами должна превосходить 99,999%. Наибольшие трудности у разработчиков квантовых вычислительных систем на сегодняшний день вызывает реализация процесса корректировки возникающих ошибок.

Работой над созданием квантовых компьютеров занимаются крупнейшие технологические компании мира, такие как Google, Microsoft, Intel, а также некоммерческие научно-исследовательские организации. Так, группе ученых Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) удалось создать квантовый «процессор» на базе атома фосфора.

В России впервые создать кубит смогли ученые Российского квантового центра, Московского физико-технического института (МФТИ), Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Института физики твердого тела Российской академии наук в 2015 г.

В июне 2018 г. научно-технический совет Фонда перспективных исследований (ФПИ) одобрил проект «Оптические системы квантовых вычислений», в рамках которого до 2021 г. запланирована разработка демонстраторов 50-кубитных квантовых компьютеров на основе нейтральных атомов и интегральных оптических схем.