快十万倍！飞秒激光脉冲将带来超高速量子计算机 文章分享:http://pcdailyon.com/20170315_288248.html 最近，一组国际科学家团队发明了一种超短、可配置的「飞秒激光脉冲」， 此举有望使得未来计算机速度比当今电子设备快十万倍。 一种半导体晶体显示出一种史无前例的能力，形成超短激光脉冲。 研究简介 密歇根大学工程师团队的研究显示：「他们能控制激光脉冲内的峰值，并且扭曲光线」。 这种创新方法依靠「量子状态」的效应，比传统的电流形式的电子移动更加快速高效。 研究团队成员、电气工程和计算机科学系的教授 Mackillo Kira称， 这项研究进展向着「光波电子学」迈出了重要的一步，有望在遥远的未来， 实现量子计算机。 光波电子学 例如，在计算机半导体中移动的电子，有时会偶遇其他电子， 并且以热量的形式释放能量。但是，“光波电子学”的概念 却认为电子可以通过超高速激光脉冲引导。 也许，你会认为驾驶员开车的速度越快，越容易碰上其他东西。 但是是，高速运动的电子却不同，它的传输时间会更短，所以很难碰上其他东西。 雷根斯堡大学物理系教授 Rupert Huber领导了这一实验，他说： “在过去几年，我们和其他研究小组发现，超短激光脉冲的振荡电场， 实际上可在固体中前後移动电子。每个人都立即感到十分兴奋， 因为这个原理可用於构建未来计算机，这种计算机可以运行在史无前例的时锺频率下， 速度是现在最先进的电子产品的十到十万倍。” 具体原理 但是首先，研究人员要能够控制半导体中的电子。 这项研究使用「太赫兹辐射」（微波和红外线之间的电磁光谱部分）， 移动半导体晶体内部的电子，以达到这个目标。 研究人员将激光脉冲发射到半导体硒化镓晶体的内部。 这些脉冲持续时间十分短，不到100飞秒，即100个千万亿分之一秒。 每个脉冲将半导体中的电子推向更高的能级，这意味着它们能够自由移动并推进它们。 半导体晶体相对於脉冲具有不同的方向，所以电子通过晶体时，会向不同方向移动。 例如，他们会沿着原子键，或者在原子键之间移动。 当电子从更高能级下来的时候，会发射出光线， 它们不同的移动轨迹会在脉冲中反应出来。 它们会发射出一种脉冲，比进来的电磁辐射更短。 这些光线爆发的时间只有几个飞秒。 在晶体内部，当它们在原子间移动时，能足够快速地获取其他电子的快照， 并且它们也可以用於读取和写入电子的信息。 所以，研究人员需要能够控制这些脉冲，然而晶体可以提供一些列的工具。 Kira的团队和德国马尔堡大学的科研人员一起合作进行了研究。 对於这个实验，他解释道： “这些脉冲中快速的振荡就像手指一样。我们通过旋转晶体， 很容易地就可以改变手指的位置。” 这种晶体是否扭曲发射出的光波，却决於它相对於入射激光脉冲的方向。 量子计算机 因为飞秒脉冲的速度足够快，以至於能够拦截到进入激发态和脱离这个状态之间的电子。 所以，它们可潜在应用於使用电子激发状态作为量子比特的量子计算机。 Kira说：“例如，这里我们能够同时以两种激发途径激发一个电子， 传统意义上来说这是不可能的。这就是量子世界。在量子世界中，奇怪的事情发生了。” 电子的尺寸足够小，且具有波粒二象性。当它在激发态时，波长会改变。 因为电子会同时处於两种激发态，这两种波长会相互干扰， 在电子发出的飞秒脉冲中留下痕迹。 Kira说：“这种巨大的量子效应可以通过飞秒脉冲观察到， 作为一种新型、可控的振荡频率和方向。这是当然是基础物理学， 同样你也可以利用这个概念优化化学反应。你可以通过量子密码学的新途径， 安全地获取存储信息或者发送信息。” 对於使用频闪的慢动作摄像头，揭示自然中最快速的过程， 例如电子在原子中移动，Huber 有着特别的兴趣， 他说：“我们在这个领域中，使用结晶体作为神奇的光源， 使得脉冲成形具有前所未有的可能性。” 论文相关 题为《来自块状晶体高次谐波载体域的对称性控制的瞬时结构》 "Symmetry-controlled temporal structure of high-harmonic carrier fields from a bulk crystal"的有关论文发表於《自然光子学》杂志上， 研究由欧洲研究委员会和德国研究基金会赞助。 雷根斯堡大学物理系的博士研究生 Fabian Langer 说： “对於电子来说，不同的能量地貌从一个晶体方向上，可以被看成平直的大街， 但是从其他的方向来看，会变成一个斜面。这意味着电子不再按照激光场的方向移动， 而是根据微观环境自己移动。” ------------------------------------------------------------------------------ 现在的发明，真的是日新月异，一个速度比一个快， 也希望这些发明，可以对我们人类的生活有所大帮助。 --

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