Foton-transistorer til fremtidens supercomputere – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2007 > Foton-transistorer til...

26. august 2007

Foton-transistorer til fremtidens supercomputere

En dansk forsker fra Niels Bohr Institutet har sammen med forskere fra Harvard Universitet i USA udviklet en ny teori om, hvordan man kan skabe de nødvendige transistorer til fremtidens kvante-computere. Forskningen er netop blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Nature Physics.

Forskerne drømmer om kvante-computere. Super-computere, der kan arbejde ekstremt hurtigt og vil kunne løse så ekstremt komplicere opgaver, at det vil revolutionere anvendelsesmulighederne. Men der er nogle alvorlige forhindringer. En af dem er transistorerne, altså de systemer, der behandler signalerne.

I dag består signalet af en elektrisk strøm, det vil sige elektroner. Til en kvante-computer kan signalet i transistorerne være optisk, altså bestå af lys, og signalet skal virke med enkelt-fotoner, som er den mindste del (et kvant) af en lyspuls.

”For at virke, skal fotonerne kunne mødes og ’snakke sammen’, og fotoner spiller meget sjældent sammen”, fortæller Anders Søndberg Sørensen, der er kvantefysiker ved Center for Kvanteoptik på Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet. Han forklarer, at lys ikke fungerer som i Star-Wars, hvor personerne kæmper med lyssværd og kan krydse klinger med lyset. Det er ren fiktion, og kan ikke lade sig gøre. Når to lysstråler mødes og krydser, går lyset lige igennem hinanden. Det kaldes lineær optik.

Dét, han vil få lyset til er ikke-lineær optik. Det betyder, at fotonerne i lyset støder sammen og kan indvirke på hinanden. Det er meget svært at lave i praksis. Fotoner er så små, at man aldrig vil kunne ramme den ene med den anden. Med mindre man kan styre dem – og det er det, Anders Sørensen har udviklet en teori om.

Lys-kollisioner på kvante-niveau
I stedet for, at to fotoner skydes af sted fra hver retning og skal forsøge at ramme hinanden, vil han bruge et atom som mellemled. Atomet kan kun absorbere én foton (sådan er fysikkens love). Sender man nu to fotoner af sted mod atomet, sker der det, at de to fotoner ’støder sammen’ på atomet. Det er lige præcis dét, han vil opnå.


To fotoner sendes via en nanoledning mod et atom, hvor de støder
sammen, og den ene foton (rød) overfører sin information til den
anden foton.

Men atomet er også meget lille og svært at ramme. Så der er brug for at kunne styre fotonen og fokusere meget præcist. Fra et tidligere eksperiment havde forskerne opdaget, at mikrobølger kunne fokuseres på et atom via en superledende nanoledning. De fik den idé, at det samme måtte kunne gøres med synligt lys.

Den teoretiske model viser, at det virker. Tæt på nanoledningen anbringes et atom. To fotoner sendes af sted via ledningen, og når de rammer atomet, sker der en vekselvirkning mellem dem, og den ene giver den anden en information. Informationer sendes i bits, som er et nul eller et et-tal, og rækkefølgen af tallene giver informationen. (I dag sender man informationen via et lyslederkabel, og hver bit består af millioner af fotoner.) I kvanteoptik er en bit kun én foton. Fotonen har nu fået sin information og signalet fortsætter sin rute. Det er et skridt på vejen til at kunne bygge en foton-transistor til en kvantecomputer.