ピコ秒とは何ですか？

ピコ秒は1兆分の1秒です。 これは、レーザー、マイクロプロセッサ、および非常に高速で動作するその他の電子部品などの種類の技術で使用される時間の尺度です。 核物理学研究には、ピコ秒の範囲に近い測定と、ポジトロン放出断層撮影（PET）を使用した関連核医学イメージングも含まれます。

パソコンは、ピコ秒で1つの計算を実行できる速度に徐々に近づいています。 3ギガヘルツで動作するマイクロプロセッサを搭載した家庭用コンピュータは、1秒あたり30億サイクルで実行されます。 これは、単一のバイナリ操作を実行するのに実際に約330ピコ秒かかることを意味します。

米国および中国のスーパーコンピューターは、すでに動作速度あたりピコ秒を超えています。 米国で最速のスーパーコンピューターの1つは、1秒間に360兆回の操作を実行できます。これは、1ピコ秒に1回の操作よりもわずかに高速です。 中国は2010年に、毎秒2.5ペタフロップス、つまり毎秒2.5兆回の演算を実行できるスーパーコンピューターを発表しました。つまり、ピコ秒ごとに2,500の計算を最適に実行します。

ピコ秒範囲で動作するように設計されたレーザーは、1〜数十ピコ秒の時間ごとに光パルスを放出します。 バルク固体レーザー、モードロックファイバーレーザー、Qスイッチレーザーなど、これらの速度で動作できるレーザー設計にはいくつかの種類があります。 各モデルは、モードロックまたはゲインスイッチが可能なピコ秒ダイオードに基づいて構築されており、パルスレートを10分の1秒単位のナノ秒速度から、数百ピコ秒の範囲で少なくとも10倍高速に変更します。

このような超高速レーザーは想像しにくいですが、さらに高速なモデルが存在します。 ピコ秒パルスレーザーは、フェムト秒レーザーよりも1,000倍遅いです。 これにより、ピコ秒設計の刃先が少なくなり、コンポーネントの微細加工などの用途でかなり経済的になります。 両方のタイプのレーザーは、タスクを処理するジョブに対して同様のレベルのパフォーマンスを備えています。

核医学の分野では、PETマシンは、ガンマ線がシンチレーションクリスタルと相互作用して画像を作成し、約170ピコ秒の最適な速度でコンプトン電子を生成します。 実際には、これは通常はるかに遅く、放出粒子ごとに約1〜2ナノ秒の長さがかかります。 飛行時間PET（TOFPET）の研究では、光検出器、シンチレーションクリスタル自体、および関連する電子機器の改良により、実際の飛行時間を300ピコ秒以下に短縮しようとしています。 これらの速度はすでに信じられないほど高速ですが、これらの放射から人体領域の画像を再構築することは、完了するのに数日かかることがある、遅くて時間がかかるプロセスです。