Hvad er et Picosecond?

Et picosekund er en billion af et sekund. Det er et mål for tiden, der kommer i spil med teknologityper som lasere, mikroprocessorer og andre elektroniske komponenter, der fungerer i ekstremt hurtige hastigheder. Nuklearfysisk forskning involverer også målinger, der nærmer sig picosekundens rækkevidde, samt relateret nuklearmedicinsk billeddannelse ved hjælp af positronemissionstomografi (PET).

Personlige computere nærmer sig gradvist hastigheden, hvor en enkelt beregning kan udføres i et picosekund. En hjemmecomputer med en mikroprocessor, der kører ved tre gigahertz, udføres ved tre milliarder cyklusser i sekundet. Dette betyder, at det faktisk tager ca. 330 picosekunder for at udføre en enkelt binær operation.

Supercomputere i USA og Kina overskrider allerede picosekund pr. Driftshastighed. En af de hurtigste supercomputere i USA kan udføre 360 ​​billioner operationer i sekundet, hvilket er lidt hurtigere end en operation pr. Picosekund. Kina afslørede en supercomputer i 2010, der var i stand til at udføre 2,5 petaflops pr. Sekund, eller 2,5 quadrillion operationer hvert sekund, hvilket betyder, at det hvert picosekund optimalt udfører 2.500 beregninger.

Lasere, der er designet til at arbejde i picosekundområdet udsender lysimpulser hver til flere titalls picosekunder i tide. Der er flere typer laserdesign, der kan fungere med disse hastigheder, herunder faststof-lasere i bulk, mode-låste fiberlasere og Q-switchede lasere. Hver model er bygget på picosecond-dioden, som kan låses i tilstand eller få skift, og skifter pulsfrekvens fra nanosekundhastigheder, der er i milliarddele af et sekund, til mindst ti gange hurtigere inden for 100'erne af picosekunderområdet.

Selvom sådanne ultrahurtige lasere er svære at forestille sig, eksisterer et endnu hurtigere niveau af modeller. En picosekundpulslaser er 1.000 gange langsommere end en femtosekundslaser. Dette gør picosecond-design mindre banebrydende og betydeligt mere økonomisk til anvendelser såsom mikrobearbejdning af komponenter. Begge typer lasere har lignende ydelsesniveauer for de job, som de har til opgave.

Inden for det nukleare medicin bygger en PET-maskine op et billede gennem gammastråler, der interagerer med scintillerende krystaller for at producere Compton-elektroner med en optimal hastighed på omkring 170 picosekunder. I virkeligheden er dette normalt meget langsommere og tager ca. 1 til 2 nanosekunder i længden pr. Emission partikel. Tidspunkt for flyvning PET (TOFPET) forskning forsøger at reducere den faktiske flyvetid ned til under 300 picosekunder, gennem forbedringer i fotodetektorer, de scintillerende krystaller i sig selv og tilhørende elektronik. Selvom disse hastigheder allerede er utroligt hurtige, er det en langsom, tidskrævende proces, der ofte tager flere dage at gennemføre et billede af menneskekropsområder fra disse emissioner.