یک میلیارد عملیات در ثانیه چندان جالب نیست؛ اما یک میلیون میلیارد عملیات در ثانیه فوق‌العاده است! این نوید یک تکنیک کامپیوتری جدید است که از تابش‌‌های لیزری برای ساختن نمونه‌ی اولیه‌ی یک واحد پایه‌ای استفاده می‌کند؛ این واحد پایه‌ای یا «بیت» یک کادریلیون بار در ثانیه، بین خاموش و روشن یا «1» و «0» تغییر می‌کند که این میزان یک میلیون برابر سریع‌تر از بیت‌ها در کامپیوترهای جدید امروزی است.

کامپیوترهای رایجی مانند ماشین حساب، تلفن‌های هوشمند یا لپ تاپ‌ها بین صفر تا یک ثانیه فکر می‌کنند. همه‌ی کارهایی که این کامپیوترها انجام می‌دهند از حل مسائل ریاضی گرفته تا بازی‌های کامپیوتری عبارت است از مجموعه‌ی دقیقی از عملیات «صفر و یکی». یک کامپیوتر معمولی در سال 2018 می‌تواند از بیت سیلیکونی برای انجام یک میلیارد عملیات در ثانیه استفاده کند.

در این آزمایش که در دوم می در نشریه‌ی نیچر منتشر شد، محققان لیزر مادون قرمز را روی شبکه‌های کندومانند (شش‌گوشه) تنگستن و سلنیوم تاباندند و اجازه دادند تراشه‌ی سیلیکون درست مانند پردازشگر یک کامپیوتر معمولی، از یک به صفر تغییر کند با این تفاوت که این تغییر یک میلیون بار سریع‌تر بود. این آزمایش رفتار الکترون‌ها را در یک شبکه‌ی کندومانند مورد بررسی قرار داد.

در بسیاری از مولکول‌ها، الکترون‌ها در زمان برانگیختگی می‌توانند به حالت‌های مختلف کوانتومی حرکات پرشی به دور مولکول داشته باشند که در اصطلاح به این حرکات «چرخش کاذب» گفته می‌شود؛ برای درک بهتر می‌توان مسیر حرکت الکترون دور مولکول را به یک مسیر مسابقه تشبیه نمود. (محققان به این مسیرها «ولی» می‌گویند و هرگونه کنترل یا دستکاری حرکات چرخشی الکترون‌ها را «ولیترونیک» می‌نامند.)

الکترون‌ها در حالت غیربرانگیخته، نزدیک مولکول می‌مانند و حرکات آهسته‌ای دارند. ولی اگر الکترون را برای مثال با نور برانگیخته کنیم، باید برای قرار گرفتن روی مسیرهای بیرونی‌تر، مقداری انرژی صرف کند.

شبکه‌ی تنگستن ـ سلنیوم دارای مسیرهایی برای ورود الکترون‌های برانگیخته شده است. اگر نور مادون قرمز از یک جهت روی شبکه تابانده شود، الکترون روی اولین مسیر پرش خواهد داشت. ولی اگر نور از جهات مختلف روی مسیر تابانده شود، الکترون روی مسیر دیگر خواهد پرید. از لحاظ نظری، کامپیوتر می‌تواند این مسیرها را به عنوان یک ثانیه (اگر الکترون روی مسیر یک باشد) و صفر ثانیه (اگر روی مسیر صفر باشد) تفسیر کند.

این مسیرها یا «ولی‌ها» آن‌قدر نزدیک هم هستند که الکترون‌ها بدون صرف انرژی و طی مسافت طولانی می‌توانند روی آن‌ها قرار بگیرند. بنا به پژوهش صورت گرفته، اگر نور مادون قرمز نوع یک به شبکه تابانده شود و یک الکترون روی مسیر 1 قرار بگیرد، فقط برای مدت زمان کوتاهی در حد چند کوادریلیوم ثانیه، روی آن گردش خواهد کرد و پس از آن در مدارهای نزدیک‌تر به هسته، برانگیختگی خود را از دست می‌دهد. یک کوادریلیوم ثانیه برابر با هزار میلیون میلیونیوم ثانیه و آنقدر کوتاه است که حتی نور نمی‌تواند وارد یک گلبول قرمز شود.

بنابراین، الکترون‌ها به مدت طولانی روی یک مسیر قرار نمی‌گیرند ولی به محض قرار گرفتن روی مسیر، نور تابانده شده به آن‌ها، آنقدر در فاصله‌ی میان دو مسیر به آن‌ها ضربه می‌زند که نمی‌توانند به حالت غیربرانگیخته دربیایند. در واقع ضربه زدن سریع به الکترو‌ن‌ها و حرکت بسیار تند آن‌ها به جلو و عقب، 1، 0، 0،1، 1، 0، 0، 0،1 اساس کار کامپیوترها است. محققان نشان دادند این حرکات الکترونی در شبکه‌های تنگستن و سلنیوم و لیزر مادون قرمز، بسیار سریع‌تر از تراشه‌های کنونی است.

محققان هم‌چنین احتمال می‌دهند شبکه‌ی ساخته شده‌ توسط آن‌ها را بتوان برای محاسبات کوانتومی در دمای معمولی نیز استفاده نمود. البته، رسیدن به این نقطه بسیار دشوار است زیرا در حال حاضر محققان باید بیت‌های کوانتومی بیش‌تر کامپیوترهای کوانتومی موجود را تا صفر مطلق یعنی پایین‌ترین دمای موجود، سرد کنند.

محققان نشان دادند از لحاظ نظری می‌توان برای محاسبات کوانتومی، الکترون‌های این شبکه را تا برهم‌نهی مسیرهای صفر و یک یعنی حالتی که نتوان دو مسیر را در یک زمان تشخیص داد، برانگیخته نمود.

روپرت هوبر، سرپرست این پژوهش و استاد فیزیک در دانشگاه روزنبرگ آلمان، می‌گوید: «در طولانی مدت، این شانس وجود دارد که ابزار اطلاعاتی کوانتومی که عملکردی سریع‌تر از یک موج‌نوری دارد، در دسترس انسان قرار بگیرد».

در واقع، محققان تاکنون عملیات کوانتومی به این صورت انجام نداده اند و ایده‌ی کامپیوتر کوانتومی در دمای اتاق، در حال حاضر در حد نظری مطرح شده است. در حقیقت، کارهایی که تاکنون محققان روی شبکه‌ی تنگستن ـ سلنیوم انجام داده‌اند و تغییرات صفر و یکی، بی‌معنی بوده‌اند. زیرا، هنوز از این شبکه برای محاسبه‌ی چیزی استفاده نشده است. بنابراین، محققان باید این مورد را به صورت عملی و در یک کامپیوتر واقعی نشان دهند.

می‌توان گفت این تجربه دری را به سوی محاسبه فوق‌سریع و شاید حتی محاسبه‌ی کوانتومی، در موقعیت‌هایی که امروزه به نظر غیرممکن به‌نظرمی‌رسند، باز کرده است.