Lichtpulsen maken computers 100.000 keer sneller

Wetenschappers van de University of Michigan hebben een manier gevonden om lichtpulsen van een femtoseconde lang uit te sturen. Dit komt overeen met slechts een biljardste van een seconde. De technologie kan helpen bij het creëren van zogenaamde lichtgolfelektronica en kan huidige computertechnologie tot wel 100.000 keer sneller maken.

Bij klassieke elektronica worden elektronen doorheen een semigeleider gestuurd. Hierbij komen de elektronen soms in botsing met elkaar, waarbij er energie wordt vrijgegeven in de vorm van warmte. Dit zorgt ervoor dat huidige computertechnologie niet optimaal werkt.

Lichtpulsen

Bij lichtgolfelektronica worden echter elektronen in de vorm van lichtpulsen uitgestuurd. De elektronen zullen hierbij zo snel bewegen dat de reistijd zo kort is dat het statistisch gezien erg onwaarschijnlijk is dat elektronen met elkaar botsen. Computers die uitgerust zijn met de technologie zullen bijgevolg efficiënter werken en sneller kunnen reageren.

Jammer genoeg zijn we voorlopig nog niet zo ver om lichtgolfelektronica in de praktijk toe te passen. Het onderzoek dat werd uitgevoerd door de University of Michigan brengt ons wel een stap dichter bij de technologie.

Kristal

Om lichtpulsen van slechts een femtoseconde lang te creëren, sturen de wetenschappers laserstralen van zo’n honderd femtoseconden uit op een kristal. De elektronen in de stralen zullen het kristal penetreren aan een hoger niveau. De elektronen zullen licht geven wanneer ze terugkeren naar een lager energieniveau, waardoor er lichtpulsen ontstaan. Deze lichtpulsen zijn een stuk korter dan de originele laserstralen en hebben een lengte van slechts enkele femtoseconden.

De moeilijkheid aan de technologie is om de lichtpulsen te controleren. Enkel wanneer de wetenschappers een zekere mate van controle kunnen bereiken, zal elektronica met licht kunnen worden aangestuurd. Afhankelijk van de oriëntatie van het kristal zullen de uitkomende lichtstralen al dan niet gedraaid worden. Ook de oscillatie van de elektronen is afhankelijk van de oriëntatie van het kristal.

Kwantumcomputers

Behalve voor lichtgolfelektronica kan de technologie ingezet worden voor kwantumcomputers. De lichtpulsen bewegen zo snel dat er momenten zijn waarin een elektron zowel een hoger als een lager energieniveau heeft. De elektronen kunnen bijgevolg drie statussen hebben, wat ze ideaal maakt om te gebruiken als qubits.