电子产品的速度能有多快？量子物理学设定了一个速度限制

能在半导体材料中产生电流的量子力学过程须要一定的韶光。
这对旗子暗记产生和旗子暗记传输的速率造成了限定。

维也纳大学(TU Wien)、格拉茨大学(Graz)和位于加兴(Garching)的马克斯-普朗克量子光学研究所现在已经能探索这些极限。
纵然材料以最佳办法被激光脉冲引发，其速率也绝对不能超过1 petahertz（10 ^ 15赫兹）。
这一结果现在已经揭橥在科学杂志《Nature Communications》上。

场和电流

电流和光（即电磁场）总是相互关联的。
这也是微电子学的情形。
在微芯片中，电力是在电磁场的帮助下掌握的。
如一个电场可以运用于一个晶体管，然后根据电场的开启或关闭许可电流流动或阻挡电流。
通过这种办法，电磁场被转换为电旗子暗记。

为了测试这种将电磁场转换为电流的极限，研究职员利用了激光脉冲--目前最快、最精确的电磁场--而不是晶体管。

来自维也纳大学理论物理研究所的Joachim Burgdrfer教授指出：“所研究的材料最初根本不导电。
这些材料被一个波长在极紫外范围内的超短激光脉冲击中。
这个激光脉冲将电子转移到一个更高的能级，这样它们就能溘然自由移动。
这样一来，激光脉冲在短韶光内将材料变成了电导体。
”只要材料中存在自由移动的电荷载流子它们就能被第二个稍长的激光脉冲向某个方向移动。
这就产生了电流，然后可以用材料两边的电极进行检测。

这些过程发生得非常快，在阿秒或飞秒的韶光尺度上。
Christoph Lemell教授表示：“在很长一段韶光里，这种过程被认为是瞬间发生的。
然而，本日我们有必要的技能来详细研究这些超快过程的韶光演化。
关键问题是：材料对激光的反应有多快？旗子暗记的产生须要多永劫光以及在材料可以打仗到下一个旗子暗记之前须要等待多永劫光？实验是在Garching和Graz进行的，理论事情和繁芜的打算机仿照则是在TU Wien进行的。

韶光或能量--但不能同时进行

该实验导致了一个范例的不愿定性困境，这在量子物理学中常常发生：为了提高速率须要极短的紫外激光脉冲，这样自由电荷载流子就会很快产生。
然而利用极短的脉冲意味着转移到电子上的能量并没有精确定义。
电子可以接管非常不同的能量。
Christoph Lemell说道：“我们可以准确地知道自由电荷载流子是在哪个韶光点产生的，但不知道它们是在哪个能量状态。
固体有不同的能带，在短激光脉冲下，许多能带不可避免地同时被自由电荷载流子添补。
”

根据携带的能量的多少，电子对电场的反应相称不同。
如果它们的确切能量是未知的就不再可能精确地掌握它们，而产生的电流旗子暗记就会被扭曲--尤其是在高激光强度下。

Joachim Burgdrfer称：“事实证明，大约1 petahertz是受控光电过程的上限。
当然，这并不虞味着有可能生产出时钟频率略低于1 petahertz的打算机芯片。
现实的技能上限很可能要低得多。
只管决定光电子学终极速率极限的自然法则不能被超越，但现在可以用繁芜的新方法对其进行剖析和理解。
”