Naukowcy obliczyli bezwzględną górną granicę szybkości, z jaką układy optoelektroniczne mogą osiągnąć, zanim mechanika kwantowa zepsuje wszystko.
Często wydaje się, że elektronika zawsze będzie coraz szybsza, ale w pewnym momencie prawa fizyki interweniują, aby temu zapobiec. Teraz naukowcy obliczyli ostateczny limit prędkości – punkt, w którym mechanika kwantowa zapobiega przyspieszaniu mikrochipów.
Powszechnie wiadomo, że nic nie porusza się szybciej niż światło, i dotyczy to elektroniki – systemy wykorzystujące światło do kontrolowania elektryczności, znane jako optoelektronika, są najszybszymi urządzeniami. W nowym badaniu naukowcy z TU Wien, TU Graz i Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka określili górną granicę szybkości, jaką może osiągnąć optoelektronika.
Zespół przeprowadził eksperymenty z wykorzystaniem materiałów półprzewodnikowych i laserów. W półprzewodnik uderza ultrakrótki impuls laserowy, który przesuwa elektrony w materiale do stanu o wyższej energii, umożliwiając im swobodne poruszanie się. Następnie drugi, nieco dłuższy impuls laserowy wysyła je w określonym kierunku, wytwarzając prąd elektryczny.
Wykorzystując tę technikę, a także złożone symulacje komputerowe, zespół uderzał w półprzewodniki coraz krótszymi impulsami laserowymi. Ale w pewnym momencie proces zaczyna zderzać się z zasadą nieoznaczoności Heisenberga – jest to pewne dziwactwo kwantowe, w którym im dokładniej mierzysz jedną cechę cząstki, tym mniej możesz być pewien innej.
W tym przypadku użycie krótszych impulsów laserowych oznacza, że obserwatorzy mogą dokładnie określić, kiedy elektrony uzyskują energię, ale dzieje się to kosztem mniejszej pewności co do ilości energii, którą uzyskują. I to jest poważny problem dla urządzeń elektronicznych, ponieważ nieznajomość dokładnych energii elektronów oznacza, że nie można nimi sterować tak dokładnie.
Na tej podstawie zespół obliczył bezwzględną górną granicę szybkości, jaką systemy optoelektroniczne mogą kiedykolwiek osiągnąć – jeden petaherc, czyli milion gigaherców. To twarda granica, której nie można obejść, ponieważ bariera jest wypalona w samych prawach fizyki kwantowej.
Oczywiście jest mało prawdopodobne, abyśmy kiedykolwiek musieli się tym bezpośrednio martwić. Zespół twierdzi, że na długo zanim urządzenia optoelektroniczne osiągną sferę PHz (petaherca), pojawią się inne przeszkody technologiczne. Ale zrozumienie twardego limitu może pomóc w opracowaniu lepszej elektroniki.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: New Atlas | TU Wien
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.