Bước đột phá mới có thể giúp máy tính nhanh hơn 1 triệu lần

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester và Friedrich Alexander Universität Erlangen Nürnberg đã tạo ra các cổng logic nhanh nhất từ trước đến nay. Nếu quy trình này được đưa vào thị trường, các nhà nghiên cứu tin rằng thiết bị này sẽ giúp cho máy tính nhanh hơn hàng triệu lần.

Sử dụng tia laze để dẫn hướng các electron

Máy tính hiện đại đã ngày càng nhanh hơn và chúng ta thường biết đến với tốc độ xung nhịp dựa trên gigahertz (GHz). Việc tạo ra cổng logic nhanh nhất mở ra cánh cửa cho tốc độ xung nhịp lên tới petahertz, trong đó 1 petahertz bằng 1 triệu gigahertz.

Theo đó, máy tính chạy ở tốc độ 1 petahertz sẽ cho phép nó hoàn thành một phần tư triệu phép tính mỗi giây về cơ bản. Điều này sẽ giúp các ứng dụng đòi hỏi phần cứng cao sẽ được xử lý, vận hành một cách dễ dàng.

Các nhà nghiên cứu luôn tìm cách tạo ra các thiết bị điện tử với khả năng xử lý "nhanh như chớp" trong nhiều thập kỷ. Trên thực tế, một trong những nhiệm vụ xuyên suốt quá trình phát triển của khoa học là các thiết bị điện tử có khả năng xử lý thông tin trong khoảng thời gian ngắn nhất mà quy luật tự nhiên cho phép.

Chính nhiệm vụ này đã khiến các nhà nghiên cứu thử sử dụng tia laser để hướng dẫn chuyển động của các electron trong vật chất. Khái niệm này được gọi là điện tử sóng ánh sáng, nó có thể là tương lai của xử lý tính toán. Bằng việc sử dụng các xung laser đồng bộ, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cổng logic nhanh nhất từ trước đến nay.

Cổng logic là gì?

Các cổng logic là khối xây dựng cơ bản của mạch kỹ thuật số. Chúng kiểm soát cách một chip máy tính xử lý khi luồng thông tin đến. Vì vậy, khi cổng logic càng nhanh, chúng càng có thể xử lý nhiều thông tin tại một thời điểm. Cổng logic là một thành phần tối quan trọng trong chip máy tính.

Về cơ bản, các cổng logic hoạt động bằng cách lấy hai tín hiệu đầu vào và tạo ra một đầu ra duy nhất. Cổng logic xử lý thông tin mà chúng ta gọi là bit, có dạng nhị phân (0 và 1). Để tạo ra cổng logic nhanh nhất từ trước đến nay, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hai xung laser đồng bộ làm tín hiệu đầu vào.

Mỗi tia laser được chọn để phát sóng mang điện tích thực và ảo. Hạt mang điện tích thực là các electron bị kích thích bởi ánh sáng, chúng vẫn chuyển động có hướng ngay cả sau khi tắt laser. Còn hạt mang điện tích ảo chỉ được đặt trong chuyển động có hướng khi xung laser được kích hoạt.

Kết quả là, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cổng logic nhanh nhất từ trước đến nay. Và đây cũng là bằng chứng, chứng minh rằng các cổng logic hoàn toàn có thể hoạt động trên thang thời gian femto giây (một phần triệu của một phần tỷ giây hoặc nhanh hơn). Tất nhiên, các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng sẽ phải mất nhiều năm trước khi loại quy trình này khả thi đối với PC trên thị trường. Tuy nhiên, thật hấp dẫn khi thấy rằng việc đạt được tiến bộ như vậy là hoàn toàn có thể.