Светлина, графен и квантов трик: транзистор, който прави невронните мрежи милион пъти по-бързи

Учени от Университета в Аризона, заедно със свои колеги от чужбина са създали светлинни транзистори на основата на графен, които могат да работят на честоти милион пъти по-бързи от тези на съвременните чипове. Новото устройство използва светлинни импулси с продължителност само няколко атосекунди – това е една квинтилионна част от секундата.

В хода на експеримента изследователите показаха, че такива ултракъси лазери позволяват да се контролират електроните в графена почти мигновено. В резултат на това те са успели да постигнат обработка на сигнали в петахерцовия диапазон – толкова висока, че открива пътя към свръхбързите изчисления.

Ключът към успеха е квантовият тунелен ефект: под въздействието на светлината електроните преминават през енергийните бариери без забавяне. Обикновено симетричната структура на графена потиска електрическите токове, но добавянето на специален слой силиций и прецизно синхронизиран лазер позволиха да се промени поведението на материала. Екипът успя да запише как един електрон преминава през бариерата в реално време.

За да улови това тунелиране, екипът използва търговски фототранзистор на основата на графен, като го модифицира със силиций. Светлинните импулси с продължителност 638 атосекунди позволиха на устройството да превключва с рекордна скорост. Това прави новия транзистор най-бързият, създаван някога.

Конвенционалните транзистори се управляват с напрежение и играят ключова роля в цифровата електроника. Новият образец работи не с ток, а със светлина, и открива качествено нова област в изчислителната техника. Според водещия автор на изследването Мохамед Хасан, доцент по физика и оптични науки подобни изненади в лабораторията правят науката особено вълнуваща. Той отбеляза, че макар учените да са имали определени очаквания, именно „малките изненади“ са ги накарали да се задълбочат в изследването.

Разработката не изисква специални условия – транзисторът работи при стайна температура, което ѝ дава реален шанс да бъде интегрирана в търговски системи.

Сега екипът работи с Tech Launch Arizona, за да подаде патент и да започне да комерсиализира технологията. Хасан заяви, че се надява да си партнира с промишлеността, за да внедри транзистора с петагерцова скорост в реални микрочипове.

Хасан заяви, че докато софтуерните технологии като изкуствения интелект са в подем, напредъкът в областта на хардуера изостава. Новото откритие може да помогне за преодоляване на тази разлика и за синхронизиране на темповете на развитие. Разработката на учените е публикувана в списание Nature Communications.