Co je pikosekunda?
Pikosekunda je jedna biliontina sekundy. Je to míra času, která přichází do hry s typy technologií, jako jsou lasery, mikroprocesory a další elektronické komponenty, které pracují při extrémně vysokých rychlostech. Výzkum jaderné fyziky také zahrnuje měření, která se blíží rozsahu pikosekundy, jakož i související zobrazování nukleární medicíny pomocí pozitronové emisní tomografie (PET).
Osobní počítače se postupně přibližují rychlosti, kdy je možné provést jediný výpočet v pikosekundě. Domácí počítač s mikroprocesorem, který běží na třech gigahertzech, pracuje při třech miliardách cyklů za sekundu. To znamená, že provedení jedné binární operace ve skutečnosti trvá asi 330 pikosekund.
Superpočítače ve Spojených státech a Číně již překračují pikosekundu za provozní rychlost. Jeden z nejrychlejších superpočítačů v USA dokáže provádět 360 bilionů operací za sekundu, což je o něco rychlejší než jedna operace za pikosekundu. Čína odhalila v roce 2010 superpočítač, který byl schopen provádět 2,5 petaflop za sekundu, nebo 2,5 kvadrilionu operací každou sekundu, což znamená, že za každou pikosekundu optimálně provádí 2 500 výpočtů.
Lasery konstruované pro provoz v rozsahu pikosekund vyzařují světelné pulzy v čase každou až několik desítek pikosekund. Existuje několik typů návrhů laserů, které mohou pracovat při těchto rychlostech, včetně laserů s objemovými polovodičovými vlákny, vláknových laserů se zablokovaným režimem a laserů s přepínáním Q. Každý model je postaven na pikosekundové diodě, která může být uzamčena režimem nebo přepínána na zisku, měnící se frekvence pulzů z rychlosti nanosekund, které jsou v miliardinách sekundy, na nejméně desetkrát rychlejší v rozsahu 100 s pikosekund.
Ačkoli takové ultrarychlé lasery je těžké si představit, existuje ještě rychlejší úroveň modelů. Pikosekundový pulsní laser je 1 000krát pomalejší než femtosekundový laser. Díky tomu jsou pikosekundové konstrukce méně ostré a podstatně úspornější pro použití, jako je mikroobrábění součástí. Oba typy laserů mají podobné úrovně výkonu pro úlohy, s nimiž jsou pověřeny.
V oblasti nukleární medicíny PET stroj vytváří obraz pomocí paprsků gama interagujících se scintilačními krystaly, aby produkoval Comptonovy elektrony při optimální rychlosti kolem 170 pikosekund. Ve skutečnosti je to obvykle mnohem pomalejší a trvá asi 1 až 2 nanosekundy na jednu emisní částici. Výzkum doby letu PET (TOFPET) se pokouší snížit skutečný čas letu pod 300 pikosekund prostřednictvím vylepšení ve fotodetektorech, samotných scintilačních krystalů a přidružené elektroniky. Přestože jsou tyto rychlosti rychlosti již neuvěřitelně rychlé, je rekonstrukce obrazu oblastí lidského těla z těchto emisí pomalý a časově náročný proces, který trvá často několik dní.