Часто кажется, что электроника будет продолжать ускоряться вечно, но в какой-то момент законы физики вмешаются, чтобы положить этому конец. Теперь ученые рассчитали максимальное ограничение скорости — точку, в которой квантовая механика предотвращает ускорение микрочипов.
Хорошо известно, что ничто не движется быстрее света, и это верно для электроники — системы, которые используют свет для управления электричеством, известные как оптоэлектроника, являются самыми быстрыми устройствами. А в новом исследовании исследователи из ТУ Вены, ТУ Граца и Института квантовой оптики Макса Планка определили верхний предел того, насколько быстро может получить оптоэлектроника.
Команда провела эксперименты с использованием полупроводниковых материалов и лазеров. На полупроводник подается ультракороткий лазерный импульс, который переводит электроны в материале в более высокое энергетическое состояние, позволяя им свободно перемещаться. Затем второй, более длинный лазерный импульс заставляет их двигаться в определенном направлении, создавая электрический ток.
Но в определенный момент процесс начинает сталкиваться с принципом неопределенности Гейзенберга — это странная квантовая причуда, где чем точнее вы измеряете одну характеристику частицы, тем меньше вы можете быть уверены в другой.
В этом случае использование более коротких лазерных импульсов означает, что наблюдатели могут точно сказать, когда электроны получают энергию, но это происходит за счет того, что они менее уверены в количестве энергии, которую они получают. И это серьезная проблема для электронных устройств, потому что незнание точных энергий электронов означает, что их нельзя контролировать полностью.
Исходя из этого, команда рассчитала абсолютный верхний предел того, насколько быстро могут получить оптоэлектронные системы один петагерц, который составляет миллион гигагерц.
Конечно, маловероятно, что нам когда-либо придется беспокоиться об этом. Команда говорит, что другие технологические препятствия возникнут задолго до того, как оптикоэлектронные устройства достигнут ПГц. Но понимание жесткого предела может помочь разработать лучшие технологии.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: ТУ Вена