Milujeme rychlou elektroniku. A blížíme se ke zpracování informace těmi nejvyššími možnými rychlostmi, které za stávajících podmínek dovolují přírodní zákony. Slibné je v tomto směru využití laserů k ovládání pohybu elektronů a vytvoření elektronických obvodů, založených na tomto mechanismu. Říká se tomu „elektronika světelných vln“ (lightwave electronics).

Lasery již nějakou dobu teoreticky umožňují generovat elektrické pulzy na úrovni femtosekund, čili miliontin miliardtin sekundy. Jednou z možností je ozařování nepatrných drátků založených na grafenu. Takto vytváření proud lze ovládat změnami fáze laserových pulzů. Zatím jsme ale příliš nezvládali v tomto časovém měřítku zpracovávat informaci.

 

S průlomem přichází mezinárodní výzkumný tým britské University of Rochester a německé Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, který vyvinul pozoruhodné logické hradlo (logic gate), základní logický prvek výpočetní techniky. Pracuje v časovém měřítku femtosekund a je tím pádem nejrychlejší na světě. Klíčem k úspěchu bylo využití a nezávislé ovládání nosičů reálného a virtuálního náboje, jejichž společným působením vznikají ultrarychlé elektrické pulzy.

 

„Reálné“ nosiče náboje jsou přitom elektrony excitované laserem, které se pohybují ve vytyčeném směru i po vypnutí laserového pulzu. „Virtuální“ nosiče náboje jsou zase elektrony, které vykazují pohyb v požadovaném směru pouze během trvání laserové pulzu. V dřívějších technologiích generování femtosekundových elektrických pulzů laserem docházelo k současnému absorbování reálných i virtuálních nosičů elektrického náboje, které společně utvářely výsledný proud.

V rámci nového výzkumu vědci zjistili, že změnami tvaru laserových pulzů je možné vytvářet elektrický proud, který je založený jen na reálných nebo jen na virtuálních nosičích náboje. Tímto způsobem je možné reálné a virtuální nosiče náboje ovládat nezávisle, což vede k dramatickému vylepšení designu komponent pro elektroniku světelných vln.

 

Revoluční logické hradlo otevírá dveře k dalšímu vývoji ultrarychlé elektroniky. V dosahu je petahertzová frekvence, tedy biliarda (tisíc bilionů) výpočetních operací za sekundu. Jak říká člen výzkumného týmu Ignacio Franco z Rochesteru, jde o skvělý příklad situace, kdy základní výzkum vede k novým převratným technologiím.

 

Literatura

University of Rochester 11. 5. 2022.

Nature 605: 251–255.