Hva er et Picosecond?

Et pikosekund er en billion sekund. Det er et mål på tiden som kommer i spill med typer teknologi som lasere, mikroprosessorer og andre elektroniske komponenter som fungerer i ekstremt høye hastigheter. Forskning i kjernefysikk involverer også målinger som nærmer seg picosekundens rekkevidde, så vel som relatert nukleærmedisinsk avbildning ved hjelp av positron emission tomography (PET).

Personlige datamaskiner nærmer seg gradvis hastigheten der en enkelt beregning kan utføres i et picosekund. En hjemme-datamaskin med en mikroprosessor som kjører med tre gigahertz utfører med tre milliarder sykluser per sekund. Dette betyr at det faktisk tar omtrent 330 pikosekunder for å utføre en binær operasjon.

Superdatamaskiner i USA og Kina overskrider allerede picosekund per operasjonshastighet. En av de raskeste superdatamaskinene i USA kan gjøre 360 ​​billioner operasjoner i sekundet, noe som er litt raskere enn en operasjon per picosekund. Kina avslørte en superdatamaskin i 2010 som var i stand til å utføre 2,5 petaflops per sekund, eller 2,5 quadrillion operasjoner hvert sekund, noe som betyr at hvert picosekund utfører det 2500 beregninger optimalt.

Lasere designet for å operere i picosecond-området avgir lyspulser hver til flere titalls picosekunder i tid. Det er flere typer laserutforminger som kan fungere i disse hastighetene, inkludert massiv-faststofflasere, modus-låste fiberlasere og Q-svitsjede lasere. Hver modell er bygd på picosecond-dioden, som kan være moduslåst eller få veksling, og endrer pulsfrekvens fra nanosekundhastigheter som er i milliarddels sekund, til minst ti ganger raskere inn i 100-tallets picosekunder-område.

Selv om det er vanskelig å forestille seg slike ultrasnelle lasere, eksisterer et enda raskere nivå av modeller. En pikosekundpulslaser er 1000 ganger saktere enn en femtosekundslaser. Dette gjør picosecond-design mindre banebrytende og betydelig mer økonomisk for bruk som mikrobearbeiding av komponenter. Begge typer lasere har samme ytelsesnivå for jobbene de har til oppgave.

I kjernemedisinfeltet bygger en PET-maskin opp et bilde gjennom gammastråler som samhandler med scintillerende krystaller for å produsere Compton-elektroner med en optimal hastighet på rundt 170 pikosekunder. I virkeligheten er dette vanligvis mye tregere og tar omtrent 1 til 2 nanosekunder i lengde per utslippspartikkel. Tid for flytid PET (TOFPET) forskning forsøker å redusere den faktiske flytiden ned til under 300 pikosekunder, gjennom forbedringer i fotodetektorer, de scintillating krystaller i seg selv, og tilhørende elektronikk. Selv om disse hastighetene allerede er utrolig raske, er det en treg, tidkrevende prosess som ofte tar flere dager å fullføre et bilde av menneskekroppsområder fra disse utslippene.