在普通人看來，電子產品的速度應該會一直向著更快的方向去發展。但受物理定律的限制，這件事顯然是會有個無形的“天花板”的。在近日發表於《自然通訊》期刊上的一篇文章中，來自奧地利維也納技術大學（TU Wien）、格拉茨技術大學（TU Graz）和馬克思·普朗克量子光學研究所的一支團隊，就介紹了光電子設備可能達到的速率上限。
研究配圖 – 1：電介質中的線性拍赫茲光電導採樣（LPPS）
眾所周知，電子設備 —— 尤其是用光來控制電子的系統 —— 也面臨著光速這個上限。現在，科學家們已經計算出了它的極限速度，可知量子力學成為了讓微芯片運行得更快的一大阻礙。
研究團隊使用了半導體材料 + 激光器開展了實驗 —— 首先用超短激光脈衝擊中半導體，讓材料中的電子轉換到更高的能量狀態，以使之能夠自由移動；然後藉助第二個稍長的激光脈衝（朝向某個方向發射）以產生電流。
研究配圖 – 2：LPPS 光場採樣
藉助上述技術和複雜的計算機模擬，研究團隊用越來越短的激光脈衝來衝擊半導體。但在某個時刻，該過程開始與還說呢寶的不確定性原理髮生衝突。
作為一種奇怪的量子現場，當你越想要準確地測量一個粒子的某種特性，就越無法確定它的另一種特性。
研究配圖 – 3：與柵極場強相關的 LPPS 採樣
在此種情況下，使用較短的激光脈衝，意味着觀察者可以準確地判斷電子何時獲得能量。作為代價，我們無法同時準確估量其獲得的能量。
對於電子設備來說，這顯然是一個非常重要的問題 —— 如果不知道電子的確切能量，就意味着它們無法被精確控制。
研究配圖 – 4：在 LiF 中沿 Γ-X 方向使用光學布洛赫方程對 LPPS 進行波包建模
據此，研究團隊計算出了光電子系統可能達到的速率的絕對上限為 1 拍赫茲（PHz），也就是百萬吉赫茲 —— 作為一個無法越過的屏障，過後就是量子物理定律所屬的領域了。
有關這項研究的詳情，已經發表在 2022 年 3 月 25 日的《自然通訊》（Nature Communications）雜誌上，原標題為《The speed limit of optoelectronics》。