스마트폰이나 PC의 핵심 인 CPU는 0과 1의 디지털 신호가 초당 10억 회 이상 처리되고있다. 그런 상태에서도, 다양한 요인으로 "이 스마트폰 느리구나..."라고 생각해 버릴 수도있는 가운데, 새롭게 "레이저"를 사용함으로써 기존의 프로세서의 100만배 더 빠르게 동작 할 가능성을 나타내는 새로운 기술이 개발되고 있다.
이 연구는, 미시간 대학 오브 공학 대학의 연구팀이 추진해 온 것이다. 팀은 육각형 격자 모양으로 만들어진 특수한 구조에 레이저 광에 의한 빛의 펄스를 조사함으로써, 초고속으로 0과 1의 상태를 생산할 수 있는 기술의 기초를 만들었다.
그 "고속"이 어느정도냐하면, 초당 바꿔쓰는 횟수는 "1×10의 15승"라는 것. 숫자로 나열해보면, "1,000,000,000,000,000"로, "초당 천조회"라는 엄청난 단위. 이것은 현대의 프로세서보다 100만 배 빠른 성능을 제공하는 것이 가능하게 되는 것.
이 실험에서는, 텅스텐과 셀렌의 원자가 교대로 나란히 벌집 모양을 구성하는 격자에 적외선 레이저를 펄스 형태로 빠르게 점멸 조사하여 0과 1의 비트 상태를 재현하고 있다. 그리고 이때, 비트 상태를 재현하는 것은 "전자 트랙의 위치"라는 것.
대부분의 분자에서는, 원자를 둘러싼 궤도에있는 전자가 자극을 받아 흥분 상태(펌핑(레이킹) 상태)에 놓이면, 여러 개의 양자 상태 "가짜 스핀"의 상태로 변화한다. 이것은, 원재를 둘러싼 전자 궤도 트랙이 복수개 있고, 여기(励起)된 전자가 주변의 트랙으로 이동하는 것으로 이미지화하면 된다라는 것. 여기되어 있지 않을 때, 전자는 분자 근처에 머물며 안정적으로 선회한다. 그러나 레이저 광 등의 자극을 받음으로써, 전자는 흥분되고, 일반적인 바깥 쪽 트랙으로 이동, 그 에너지를 소비 할 필요가 생긴다.
텅스텐과 셀렌의 격자는, 이 여기 된 전자가 들어갈 수 있는 트랙을 2개만 가지고 있다. 이 격자에 대해 한 방향의 레이저 광을 펄스 조사하면, 전자는 하나의 트랙에 들어가고 다른 방향의 레이저 광을 조사하면, 이번에는 다른 트랙으로 이동하는 것. 그러면 이론적으로는 두 트랙에 전자가 존재하는지 여부에 따라 0과 1을 재현하는 디지털 신호로 되는 것이다.
이때, 여기되어 다른 트랙으로 이동 한 전자가 다시 원래의 트랙으로 이동하는 데 걸리는 시간은 1펨토초(1억분의 1)인 것. 이를 이용하여, 펄스를 제공하는 시점에 따라 "1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1"과 같은 상태를 만들어내는 것으로, 컴퓨터가 취급하는 정보에 이용할 수 있다. 그리고 이 동작이 매우 빠르다는 것이 새로운 "레이저 컴퓨터"가 초고속으로 동작 할 수 있다고 하는 밑바탕이 되고있다.
연구팀은 또한, 격자가 "상온 양자 컴퓨팅"에 사용할 수 있는 가능성을 나타내고 있다. 일반적으로, 양자 컴퓨터는 전자의 노이즈를 셧아웃하기 위해 절대 영도 근처까지 냉각 할 필요가 있어, 실용화를 향해 아직도 많은 과제를 남기고 있다. 그러나 이번 연구팀은 이론적으로는 이 격자 내의 전자를 1과 0의 "중첩" 상태로 펌핑하는 것이 가능하다고 제안하고 있다.
실제로 레이저 광을 사용한 신형 컴퓨팅 장치가 등장하기까지는, 아직 시간이 많이 걸릴 것이다. "무어의 법칙"이 한계에 이르렀다고 하는 현대의 컴퓨터 기술에서 다음 단계로 점핑 업 하기위한 기술이 될 가능성이 내포되어 있다.
