在普通人看來,電子產品的速度應該會一直向著更快的方向去發展。但受物理定律的限制,這件事顯然是會有個無形的“天花板”的。
在近日發表于《自然通訊》期刊上的一篇文章中,來自奧地利維也納技術大學(TU Wien)、格拉茨技術大學(TU Graz)和馬克思·普朗克量子光學研究所的一支團隊,就介紹了光電子設備可能達到的速率上限。
眾所周知,電子設備 —— 尤其是用光來控制電子的系統 —— 也面臨著光速這個上限?,F在,科學家們已經計算出了它的極限速度,可知量子力學成為了讓微芯片運行得更快的一大阻礙。
研究團隊使用了半導體材料 + 激光器開展了實驗 —— 首先用超短激光脈沖擊中半導體,讓材料中的電子轉換到更高的能量狀態,以使之能夠自由移動;然后借助第二個稍長的激光脈沖(朝向某個方向發射)以產生電流。
借助上述技術和復雜的計算機模擬,研究團隊用越來越短的激光脈沖來沖擊半導體。但在某個時刻,該過程開始與還說呢寶的不確定性原理發生沖突。
作為一種奇怪的量子現場,當你越想要準確地測量一個粒子的某種特性,就越無法確定它的另一種特性。
在此種情況下,使用較短的激光脈沖,意味著觀察者可以準確地判斷電子何時獲得能量。作為代價,我們無法同時準確估量其獲得的能量。
對于電子設備來說,這顯然是一個非常重要的問題 —— 如果不知道電子的確切能量,就意味著它們無法被精確控制。
據此,研究團隊計算出了光電子系統可能達到的速率的絕對上限為 1 拍赫茲(PHz),也就是百萬吉赫茲 —— 作為一個無法越過的屏障,過后就是量子物理定律所屬的領域了。
有關這項研究的詳情,已經發表在 2022 年 3 月 25 日的《自然通訊》( Nature Communications )雜志上,原標題為《The speed limit of optoelectronics》。
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