Izračunato apsolutno ograničenje brzine za elektroniku

Često nam se čini da će elektronika uvijek biti brža i brža, no u nekom trenutku će se umiješati zakoni fizike kako bi je ograničili. Sada su znanstvenici izračunali krajnje ograničenje brzine, odnosno točku u kojoj kvantna mehanika sprječava mikročipove da postanu brži.

Dobro je poznato da se ništa ne kreće brže od svjetlosti, a to vrijedi i za elektroniku. Sustavi koji koriste svjetlo za kontrolu električne energije, poznati kao optoelektronika, najbrži su uređaji. U novoj studiji, istraživači s TU Wien, TU Graz i Max Planck instituta za kvantnu optiku identificirali su gornju granicu brzine koju bi optoelektronika mogla postići.

Tim je proveo eksperimente koristeći poluvodičke materijale i lasere. Poluvodič je pogođen ultrakratkim laserskim impulsom, koji pomiče elektrone u materijalu u stanje više energije, dopuštajući im da se slobodno kreću. Zatim ih drugi, nešto duži laserski impuls šalje u određenom smjeru, stvarajući električnu struju.

Koristeći ovu tehniku, kao i složene računalne simulacije, tim je pogađao poluvodiče sve kraćim laserskim impulsima i otkrio kako se u određenom trenutku, proces počinje susretati s Heisenbergovim načelom neodređenosti koje govori o fundamentalnom ograničenju spoznaje vrijednosti komplementarnih fizikalnih veličina.

U ovom slučaju, korištenje kraćih laserskih impulsa znači da promatrači mogu točno reći kada elektroni dobivaju energiju, ali to dolazi po cijenu da budu manje sigurni u količinu energije koju dobivaju. To je veliki problem za elektroničke uređaje, jer nepoznavanje točne energije elektrona znači da se njima ne može tako precizno upravljati.

Iz toga je tim izračunao apsolutnu gornju granicu za brzinu koju bi optoelektronički sustavi uopće mogli postići, odnosno jedan petaherc, što je milijun gigaherca. To je neprobojna granica koja se ne može zaobići jer je ograničenje uklopljeno u same zakone kvantne fizike.

Naravno, malo je vjerojatno da ćemo se o ovome ikada morati izravno brinuti. Tim kaže da će se druge tehnološke prepreke pojaviti mnogo prije nego što optoelektronički uređaji dosegnu područje PHz, no razumijevanje krajnjeg ograničenja brzine moglo bi pomoći razvoju bolje elektronike. 

Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Communications možete pronaći na ovoj povaznici.