25hz预叠加电码化电路原理图 科学家已算出光电子设备可能达到的速率上限

在普通人看来，电子产品的速度应该会一直向着更快的方向去发展。但受物理定律的限制，这件事显然是会有个无形的“天花板”的。在近日发表于《自然通讯》期刊上的一篇文章中，来自奥地利维也纳技术大学（TU Wien）、格拉茨技术大学（TU Graz）和马克思·普朗克量子光学研究所的一支团队，就介绍了光电子设备可能达到的速率上限。

研究配图 - 1：电介质中的线性拍赫兹光电导采样（LPPS）

众所周知，电子设备 —— 尤其是用光来控制电子的系统 —— 也面临着光速这个上限。现在，科学家们已经计算出了它的极限速度，可知量子力学成为了让微芯片运行得更快的一大阻碍。

研究团队使用了半导体材料 激光器开展了实验 —— 首先用超短激光脉冲击中半导体，让材料中的电子转换到更高的能量状态，以使之能够自由移动；然后借助第二个稍长的激光脉冲（朝向某个方向发射）以产生电流。

研究配图 - 2：LPPS 光场采样

借助上述技术和复杂的计算机模拟，研究团队用越来越短的激光脉冲来冲击半导体。但在某个时刻，该过程开始与还说呢宝的不确定性原理发生冲突。

作为一种奇怪的量子现场，当你越想要准确地测量一个粒子的某种特性，就越无法确定它的另一种特性。

研究配图 - 3：与栅极场强相关的 LPPS 采样

在此种情况下，使用较短的激光脉冲，意味着观察者可以准确地判断电子何时获得能量。作为代价，我们无法同时准确估量其获得的能量。

对于电子设备来说，这显然是一个非常重要的问题 —— 如果不知道电子的确切能量，就意味着它们无法被精确控制。

研究配图 - 4：在 LiF 中沿 Γ-X 方向使用光学布洛赫方程对 LPPS 进行波包建模

据此，研究团队计算出了光电子系统可能达到的速率的绝对上限为 1 拍赫兹（PHz），也就是百万吉赫兹 —— 作为一个无法越过的屏障，过后就是量子物理定律所属的领域了。

有关这项研究的详情，已经发表在 2022 年 3 月 25 日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上，原标题为《The speed limit of optoelectronics》。