Racunala buducnosti_web
Transcript of Racunala buducnosti_web
Računala budućnosti
Doc.dr.sc. Marinko JablanSveučilište u Zagrebu
Zadar, 09.10.2015.
NEFELPRO projekt: Nelinearna kvantna optika u grafenu
Sažetak
Svjetlosna računala
Plazmonika u grafenu
Kvantna računala
Svjetlosna računala
Nobelova nagrada iz fizike (2009)
Za potresna otkrića prijenosa svjetlosti u optičkim vlaknima
Kao 2009
Optika: 100 000 GHz
Spora elektronika
Kako ubrzati računala?
Elektronika: 1 GHz
Optika: 100 000 GHz
Svjetlosna računala?
Tranzistor
Tranzistor = Transfer resistor
Vakuumska cijev
ENIAC 1946
Tranzistor
Point contact transistor
Shockley Bardeen Brattain 1956
Tranzistor
• Bipolar junction transitor
• Field-effect transistor Junction FET Insulated gate FET Metal-oxide-semiconductor FET
Shockley transistor Avalanche transistor Insulated-gate BJT
• IBM transistor od ugljikovih nano-cijevčica
Svjetlosni tranzistor?
YodaGrof Dooku
Nelinearna optika
Potrebni snažni laseri
V/m 1054
11
2
0
r
eEat
Produkcija viših harmonika
Plazmonika u grafenu
Svjetlosni tranzistor?
Difrakcijska granica
Optički mikroskopi
Optički valovodi
Lom svjetlosti
Indeks loma: n
Brzina svjetlosti:
Valna duljina: n/
nc /
Totalna unutarnja refleksija
Evanescentni valovi
Bežični prijenos energije
???
Superleće
Valna duljina: n/
Superleće
Betzig, Science 251, 1468 (1991)
SEM Daleko polje Blisko polje
μm 1
Nobelova nagrada iz kemije (2014)
Za razvoj super-razlučive fluorescentne mikroskopije
2014Betzig Hell MoernerLizosom
Superleće u bliskom polju
2014Betzig
Betzig, Science 257, 189 (1992)
Superleće u dalekom polju
2014Betzig Betzig, Science 313, 1642 (2006)
Lokalizacija jedne molekule
Bežični prijenos energije
WiTricity
Bežični prijenos energije (2)
Nikola Tesla
(Bežični) prijenos energije kroz prirodni medij
The Electrical World and Engineer, 1904
The earth was found to be, literally, alive with electrical vibrations……this planet, is to electric currents virtually no more than a smallmetal ball…
…attesting the high degree of conductivity which the atmosphereattains under the influence of the immense electrical stresses……it has long been known or surmised that atmospheric strata at great attidudes…shoud be, in a measure conducting;…to cause thereby a current to traverse elevated strata of the airbetween the point of generation and a distant point at which theenergy is to be recieved and utilized.
System of transmission of electrical energy, patent 645,576 (1900)
(Bežični) prijenos energije kroz prirodni medij
Nikola Tesla
Wardenclyffe toranj
Fotonički (svjetlosni) kristali
Indeks loma se mijenja periodički u prostoru
Savršeno zrcalo od prozirnog materijala
Fotonički (svjetlosni) kristali
Anti-reflektivni premazi
Fotonički procijep Yablonovite
Yablonovich
Valovi svjetlosti / valovi materije
μm 1
Poluvodići za svjetlost
Harry Potter
Metamaterijali
Metamaterijali Mikrovalovi, IC Vidljiva svjetlost?
Plašt nevidljivosti
Plazmonika u grafenu
BostonMIT
Nobelova nagrada iz fizike (2010)
Za potresna otkrića u vezi dvo-dimenzionalnog materijala grafena
Geim Novoselov 2010
Grafen
Plazmonika u grafenu
Oscilacije elektrona u grafenu lomedifrakcijsku granicu za faktor 100
SoljačićBuljan
Jablan, Buljan, Soljačić, PRB 80, 245435 (2009)
• Fei, Nature Nanotech. 8, 821 (2013)
Recikliranje topline
Termo – Foto – Voltaici
Ilić, Jablan, Joannopoulos, Celanović, Soljačić, Optics Express 20, A366 (2012).
Evanescentni valovi kao kanali vođenja topline u bliskom polju
Plazmoni u grafenu za TFV
Laser zvuka u grafenu?
Nelinearna optika u grafenu
Barcelona ICFO
Nelinearna optika u grafenu
V/m 105 11atE V/m 102 7grE
2
04 r
eE
Atom Grafen
Električno polje:
Nelinearna kvanta optika u grafenu
Einstein 1921 Foto-električni efekt
Nobelova nagrada iz fizike (1921)
Za doprinos teorijskoj fizici te posebno za otkriće zakona foto-električnog efekta
QE
s J 10 34
Nelinearna kvantna optika u grafenu
Fotonska blokada
Jablan, Chang, PRL 114, 236801 (2015)
Kvantni tranzistor?
Kvantna računala
Kvantna fizika
Nitko ne razumije kvantnu fiziku Šuti i računaj
Mogu biti u dva stanja (0 i 1) u isto vrijeme
Mogu biti na dva mjesta u isto vrijeme
Kvantna fizikaFeynman
Klasična računala (N bita):
Kvantna računala (N Qbita):
1...011
0
1...
0
1
0
1
0
1stanja 2N
Eksponencijalno ubrzanje računanja
Wilczek
Schrodingerova mačka
Schrodinger
Nobelova nagrada iz fizike (2012)
Za potresne eksperimentalne metode koje su omogućile mjerenje i manipulaciju individualnih kvantnih sistema
2012WinelandHarocheSchrodingerova mačka
Nobelova nagrada iz fizike (2012)
Q = 1000 000 000
Svjetlosna Schrodingerova mačka
Kvantni simulatori
Feynman
Feynman, Simulating Physics with computers International Journal of Theoretical Physics 21 (1982)
Teško je simulirati kvantni sustav na klasičnom računalu
Kompleks proteina za žetvu svjetlosti u fotosintezi
Supravodljivost navisokim temperaturama
Simulacija kvantnog sustava na kvantnom računalu
Big data
25. rujna
Igor Mekterović (FER)
Kvantna računala
Kvantni algoritam pretraživanja:
Grover
Klasični algoritam pretraživanja: )(NO
)( NO
Kvantni sustav može biti u više stanja te istovremeno pregledati više podataka
Grover, A fast quantum mechanical algorithm for database search, Proceedings, 28th Anuual ACM Symposium on the Theory of Computing (1996)
Kvantna računala
Faktorizacija na proste brojeve
Shor
Bankovne šifre
Kompliciran problem za klasična računala?
Efikasni kvantni algoritam:
Shor, SIAM J. Comput. 26,1484 (1997).
Teorija brojeva i kriptografija
Akademik Andrej Dujella
Enigma 23. listopada u 18h
nxxe e
K mod)(
12 22 yx
GgggG ,...,, 2
Kvantna računala
Qbit = supravodljivi Josephsonov spoj
Kvantno adijabatsko računalo(Kvantno kaljenje)
Optimizacijski problem (traži minimum funkcije) Ne radi ništa bolje od klasičnih računala? Bankovi računi sigurni?
Hvala vam na pažnji!
Valovi
Brzina vala:
Val: Period titranja: Valna duljina:
Frekvencija (vremenska) : Frekvencija (prostorna) :
T /2K
T/2
KTc //
Disperzijska relacija
K
Kompleksni brojevi
Kxcos
x
KxiKxeiKx sincos
Eulerova formula
Euler
iKxeKx Recos
Provjera
Eksponencijalna funkcija:
Trigonometrijske funkcije:
yxyx eee
yxyxyx sinsincoscos)cos(
Vektori
rKierK Recos
Valni vektor: zKyKxKK zyxˆˆˆ
Valni broj: 222
zzx KKKKK
Val u prostoru:
K/2
Brzina vala: Kc /
Valna duljina:
Lom svjetlosti
xK
Brzina svjetlosti: c/n
???zrak staklo
Staklo:ziKxiK zxe
x
z
Zrak?:zxiKziKxiK
eee xzx 'cK x /
iKcK xz 222' / Evanescentni val