전자 이동 캡처는 전통적 및 양자 컴퓨팅의 처리 속도를 최대화하는 데 도움이 됩니다.

미시간 대학교와 레겐스부르크 대학교의 연구팀은 지금까지 가장 빠른 전자 이동을 캡처했습니다. 팀은 아토초 단위로 캡처했으며, 이 새로운 개발은 전통적 또는 양자 컴퓨팅 속도를 최대화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구는 전자들이 고체에서 어떻게 행동하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

이 연구는 네이처에 발표되었습니다.

처리 속도 증가

전자가 이러한 작은 증분으로 이동하는 것을 보면서, 전문가들은 처리 속도를 현재의 능력보다 1억 배 빠르게 증가시킬 수 있습니다.

이 연구의 이론적 측면을 이끈 마키로 키라(Mackilo Kira)는 미시간 대학교의 전기공학 및 컴퓨터 과학 교수입니다.

“현재 컴퓨터의 프로세서는 기가헤르츠 단위로 작동하며, 이는 1초당 1억 번의 연산입니다.” 키라教授는 말했다. “양자 컴퓨팅에서는 전자가 컴퓨터 칩 내에서 1초에 수조 번 충돌하며, 각 충돌은 양자 컴퓨팅 사이클을 종료합니다.”

“성능을 향상시키기 위해, 우리는 1초당 1억 번의 전자 이동의 스냅샷이 필요했습니다. 그리고 이제 우리는 그것을 가지고 있습니다.”

레겐스부르크 대학교의 물리학 교수이자 연구의 공동 저자인 루퍼트 후버(Rupert Huber)에 따르면, 결과는 컴퓨팅보다 많은 체계 물리학 분야에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

후버는 이 연구를 주도했습니다.

“많은 체계 상호작용은 고체의 가장 바람직한 특성, 즉 광학적 및 전자적 특성, 그리고 흥미로운 상전이 등을 이끄는 미시적 동력입니다. 그러나它们는 접근하기가 매우 어려웠습니다.” 후버는 말했다. “우리의 고체 상태 아토클록은 실제 게임 체인저가 될 수 있으며, 더 정교하게 설계된 양자 물질을 만들 수 있고, 미래의 양자 정보 기술을 위한 새로운 물질 플랫폼을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.”

전자 이동 관찰

연구자들은 전통적으로 2차원 양자 물질 내에서 전자 이동을 관찰하기 위해 집중된 극자외선(XUV) 펄스를 사용해 왔습니다. XUV 펄스는 원子の 핵에 부착된 전자의 활동을 나타냅니다. 그러나 펄스에 포함된大量의 에너지는 반도체를 통해 이동하는 전자를 명확하게 관찰하기 어렵게 만듭니다. 이는 현재의 컴퓨터와 양자 컴퓨팅을 위한 물질을 탐색하는 경우입니다.

이러한 도전을 극복하기 위해, 팀은 전자 이동의 에너지 규모와 일치하는 두 개의 빛 펄스를 사용했습니다. 첫 번째 펄스는 전자들이 물질을 통해 이동할 수 있는 상태로 만드는 적외선 빛이었습니다. 두 번째 펄스는 전자들을 제어된 충돌 궤적으로 강제하는 더 낮은 에너지 테라헤르츠 펄스였습니다. 전자가 충돌하면, 양자 정보와 이국적 양자 물질 뒤에 있는 상호작용을 나타내는 빛의 폭발이 발생합니다.

“우리는 두 개의 펄스를 사용했습니다. 하나는 전자의 상태와 일치하는 에너지이고, 다른 하나는 상태를 변경하는 것입니다.” 키라教授는 설명했습니다. “우리는 기본적으로 두 개의 펄스가 전자의 양자 상태를 어떻게 변경하는지 영화처럼 촬영할 수 있으며, 그것을 시간의 함수로 표현할 수 있습니다.”

이 새로운 시퀀스는 시간 측정에 높은 정밀도를 제공합니다.

“이것은 정말로 고유하고, 많은 년의 개발이 필요했습니다.” 후버는 말했다. “빛의 단일 진동 주기의 시간이 얼마나 짧은지 기억한다면, 이러한 높은 정밀도의 측정이 가능하다는 것은 상당히 예상치 못한 것입니다.”

양자 컴퓨팅은 전통적 컴퓨팅으로는 너무 복잡한 수많은 문제를 해결할 수 있습니다. 양자 능력의 발전은 많은 솔루션으로 이어질 수 있습니다.

마쿠스 보르시(Markus Borsch)는 미시간 대학교의 전기 및 컴퓨터 공학 박사 과정 학생이자 연구의 공동 저자입니다.

“아직까지 확장 가능하고 고장 감내 가능한 양자 컴퓨터를 구축할 수 없었으며, 그것이 어떤 모습일지조차 모릅니다.” 보르시 曰. “그러나 전자 이동을 고체에서 가장 기본적인 수준으로 연구하는 것과 같은 기본 연구는 우리를 올바른 방향으로 인도하는 아이디어를 줄 수 있습니다.”