Kỹ thuật xử lý mới do các nhà nghiên cứu tại ĐH Rochester phát triển đã mở ra tương lai đầy hứa hẹn cho ngành chế tạo phần cứng điện toán.

Nghiên cứu đột phá này đã chứng minh tính khả thi của khái niệm “điện tử sóng ánh sáng” (light wave electronics) hay LWE với kết quả được công bố trên Tạp chí Nature danh tiếng.

Về mặt nguyên tắc, cổng logic đơn giản nhất nhận hai tín hiệu đầu vào (input), so sánh chúng với nhau và xuất tín hiệu đầu ra (output) dựa trên kết quả xử lý. Chẳng hạn, nếu cả hai tín hiệu input đều là 1 hoặc 0 thì tín hiệu output sẽ là 1, bằng 0 nếu hai tín hiệu input có giá trị khác nhau. Hàng tỷ cổng logic riêng biệt như vậy được nhét vào những con chip để tạo nên các bộ vi xử lý (CPU), bộ nhớ (RAM, ROM) và những linh kiện điện tử khác.

Mặc dù vậy, cổng logic thường không hoạt động ngay tức thì khi xử lý thông tin input mà sẽ xuất hiện độ trễ – trên thang nano giây (10-9). Tốc độ đó được xem là nhanh đối với những máy tính hiện đại nhưng tất nhiên vẫn cần được cải tiến. Và giờ đây, thế hệ cổng logic mới của nhóm nghiên cứu tại ĐH Rochester đã thổi bay hạn chế này khi có khả năng xử lý thông tin input chỉ trong vài femto giây (10-15), tức nhanh gấp 1 triệu lần.

Để đạt được tốc độ không tưởng như vậy, nhóm đã thiết kế các mối tiếp xúc (junction) bao gồm một dây graphene nối với hai điện cực bằng vàng. Khi xử lý graphene bằng những cặp xung laze đồng bộ, các electron bên trong vật liệu bị kích thích và lao về phía [một trong hai] điện cực với tốc độ cực nhanh, tạo ra dòng điện. Nhờ điều chỉnh pha của các xung laser, nhóm đã kiểm soát được hiện tượng bứt tốc (burst) của một trong hai loại hạt mang điện tích, theo kiểu cộng dồn – tương đương với giá trị input là 1, hoặc triệt tiêu lẫn nhau – tương đương với input là 0, cuối cùng cho ra một loại cổng logic cực nhanh, thuộc loại proof of concept đầu tiên cho trường lý thuyết LWE.

“Có lẽ phải rất lâu nữa kỹ thuật này mới được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo con chip máy tính, nhưng ít nhất chúng ta đã chứng minh được rằng ‘điện tử sóng ánh sáng’ là chuyện khả thi”, Tobias Boolakee – trưởng nhóm nghiên cứu – nhận định.

Một khi xuất hiện trên thị trường, những con chip như vậy có thể đạt tốc độ (xung nhịp) lên tới hàng Petahertz (PHz) thay vì Gigahertz (GHz) như hiện nay. Trước đây đã có nhiều nghiên cứu xác định giới hạn lượng tử tuyệt đối về mặt tốc độ mà các hệ thống máy tính dựa trên ánh sáng có thể đạt được.

Hải Đăng