Электроника не может становиться быстрее бесконечно, рано или поздно скорость работы микрочипов упрется в потолок законов физики.

С помощью квантовой механики ученые из Австрии и Германии подсчитали, после какого предела скорость генерирования и передачи сигналов полупроводниками перестанет увеличиваться.

Хорошо известно, что ничего не движется быстрее скорости света, в том числе, в оптоэлектронике, где в качестве носителей информации используются электронные и оптические сигналы.

Команда специалистов из Технического университета Вены, Технического университета Граца и Института Макса Планка установили верхний лимит скорости оптоэлектронных устройств. Для этого они провели эксперимент с использованием полупроводящих материалов и лазеров сверхкоротких импульсов, которые сдвигали электроны в полупроводниках в более высокое энергетическое состояние. Затем, второй, чуть более долгий импульс отправлял электроны в определенном направлении, создавая электрический ток.

Обстреливая полупроводник все более короткими импульсами, ученые, в определенный момент, когда процесс начал спотыкаться о принцип неопределенности Гейзенберга: чем точнее измеряешь одну характеристику частицы, тем менее определенной становится другая.

В данном случае, они нашли точку, после которой наблюдатель может точно сказать, когда электроны получают энергию от импульсов, но уже не в состоянии определить объем энергии, которую электроны получают. Без этого невозможно точно управлять электронными устройствами.

Так исследователи вывели верхний предел скорости оптоэлектронных систем: один петагерц, то есть миллион ГГц. Это жесткое ограничение, его невозможно обойти инженерными методами, поскольку в его основе законы квантовой физики. Беспокоиться об этом лимите, пожалуй, не стоит. Маловероятно, чтобы мы в обозримом будущем приблизились к нему.

По словам ученых, более насущны другие технические трудности, которые придется решать, прежде чем оптоэлектроника дойдет до петагерцовых скоростей. Но знание лимита должно помочь в проектировании более эффективных устройств.

Команда исследователей из Германии успешно продемонстрировала в начале года, что скорость электронов в нанонитях можно значительно повысить - примерно на 30%, если воздействовать на сердцевину растягивающим усилием. Этот феномен открывает возможность разработки сверхбыстрых транзисторов.