În cadrul unui progres revoluţionar în domeniul mecanicii cuantice şi al opticii ultrarapide, cercetători israelieni au dezvoltat o nouă tehnică ce poate modifica tehnologia supercomputerelor şi a comunicaţiilor, conform unui studiu publicat în jurnalul Nature Photonics, transmite luni TPS, transmite Agerpres.
Cercetarea demonstrează modul în care un impuls laser puternic poate induce modificări în proprietăţile fundamentale ale unui material în intervale de timp de ordinul attosecundelor – o unitate de timp extrem de scurtă reprezentând intervalul în care un fascicol de lumină traversează diametrul unui singur atom de hidrogen.
„Odată ce ştim cum să urmărim călătoria electronilor individuali între nivelurile de energie ale unui material, putem folosi lumina şi cunoaşterea pe care am dobândit-o cu privire la efectele ei pentru a modifica în mod deliberat şi exact proprietăţile acelui material în interval de sute sau zeci de attosecunde”, a declarat prof. Nirit Dudovich, de la Departamentul de Fizică şi Sisteme Complexe al Institutului Weizmann, coordonatoarea acestei cercetări.
O astfel de tehnologie nu era posibilă, anterior, decât la nivel teoretic
„Pornind de la această capabilitate, cele mai rapide procesoare existente pot fi dezvoltate şi mai mult, accelerându-le puterea de calcul cu ordine de magnitudine”, a mai explicat ea.
Studiul cercetătorilor israelieni se concentrează asupra descoperirii că impulsurile laser intense pot modifica rapid comportamentul unui material, transformându-l dintr-un conductor de energie într-un izolator sau modificându-i transparenţa.
Dacă astfel de transformări erau înţelese anterior doar din punct de vedere teoretic, captarea lor în timp real a reprezentat o provocare uriaşă din cauza intervalului temporar extrem de mic în care se produc.
Pentru a depăşi acest obstacol, echipa coordonată de Dudovich a dezvoltat o nouă tehnică de lasere duale. Cercetătorii Omer Kenler, Chen Mor şi Noa Yaffe au avut un rol important în conceperea acestei metode ce foloseşte două fascicule laser cronometrate precis. Primul fascicul format din impulsuri relativ prelungi, interacţionează cu materialul pentru a-i induce modificarea dorită.
Simultan, al doilea fascicul format din impulsuri ultrascurte, de ordinul attosecundelor, funcţionează ca o cameră video de mare viteză, înregistrând intervalul în care lumina traversează materialul cu proprietăţile modificate. Prin combinarea datelor de la aceste fascicule şi analiza modelului de interferinţă rezultat, echipa a putut reconstrui schimbările produse în material cu un nivel de precizie fără precedent.
„Această metodă este ca o aplicaţie de navigare pentru electroni”, a explicat Dudovich. „La fel ca aplicaţiile de tipul Waze pot estima timpul de călătorie, metoda noastră reconstruieşte planul de călătorie al electronilor prin material prin analiza întârzierii înregistrate de lumină. De aici aflăm cum răspund nivelurile de energie ale materialului la lumină”, a adăugat ea.
O tehnologie care o depășește cu mult pe cea actuală
Abilitatea de a monitoriza călătoria electronilor prin material şi de a observa cum se modifică nivelurile de energie ale materialului deschide vaste noi posibilităţi în domeniul mecanicii cuantice. Echipa coordonată de Dudovich a arătat că impulsurile laser intense pot împărţi, îmbina sau rearanja aceste niveluri de energie în timp real.
Această descoperire nu este doar o simplă observaţie, ci oferă un instrument pentru a controla starea fizică a materialului cu precizie la viteze cuantice. Implicaţiile acestei cercetări se extind cu mult dincolo de laborator.
Abilitatea de a provoca şi de a monitoriza modificări ultrarapide în proprietăţile unui material are aplicaţii profunde în dezvoltarea noii generaţii de procesoare şi a tehnologiilor de comunicaţii. Aceste descoperiri pot conduce la obţinerea unor procesoare cu ordine de magnitudine mai rapide decât cele mai performante procesoare din prezent, conform lui Dudovich.
Această descoperire poate conduce la producerea unor procesoare care să opereze la viteze cu mult dincolo de capacitatea tehnologiei actuale. Folosind lumină şi nu electricitate pentru a manipula stările cuantice ale materialelor, aceste procesoare pot funcţiona la viteze optice sau de ordinul attosecundelor, mărind samnificativ puterea de calcul şi eficienţa energetică.
În afară de calculatoare, această nouă tehnică este foarte promiţătoare pentru comunicaţiile de mare viteză şi dezvoltarea dispozitivelor cuantice. Abilitatea de a manipula indicele de refracţie al materialelor la niveluri atât de fine poate duce la obţinerea de întrerupătoare optice şi modulatoare ce depăşesc cu mult capacităţile tehnologiei actuale de fibră optică.
