Что такое пикосекунда?

Пикосекунда составляет одну триллионную секунды. Это показатель времени, который вступает в игру с такими технологиями, как лазеры, микропроцессоры и другие электронные компоненты, работающие на очень высоких скоростях. Исследования в области ядерной физики также включают измерения, приближающиеся к диапазону пикосекунды, а также связанные изображения ядерной медицины с использованием позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Персональные компьютеры постепенно приближаются к скорости, при которой за пикосекунду можно выполнить один расчет. Домашний компьютер с микропроцессором, который работает на трех гигагерцах, работает со скоростью три миллиарда циклов в секунду. Это означает, что фактически требуется около 330 пикосекунд для выполнения одной двоичной операции.

Суперкомпьютеры в США и Китае уже превышают пикосекунду на скорости работы. Один из самых быстрых суперкомпьютеров в США может выполнять 360 триллионов операций в секунду, что немного быстрее, чем одна операция в пикосекунду. В 2010 году в Китае был представлен суперкомпьютер, способный выполнять 2,5 петафлопс в секунду, или 2,5 квадриллиона операций в секунду, а это означает, что каждую пикосекунду он оптимально выполняет 2500 вычислений.

Лазеры, предназначенные для работы в пикосекундном диапазоне, излучают световые импульсы от одного до нескольких десятков пикосекунд во времени. Существует несколько типов лазерных конструкций, которые могут работать на этих скоростях, включая объемные твердотельные лазеры, волоконные лазеры с синхронизацией мод и лазеры с модуляцией добротности. Каждая модель построена на пикосекундном диоде, который может быть синхронизирован по моде или переключен на усиление, изменяя частоту импульсов от наносекундных скоростей, которые составляют миллиардные доли секунды, по крайней мере в десять раз быстрее в диапазоне пикосекунд за 100 с.

Хотя такие сверхбыстрые лазеры сложно представить, существует еще более быстрый уровень моделей. Пикосекундный импульсный лазер в 1000 раз медленнее, чем фемтосекундный лазер. Это делает пикосекундные конструкции менее современными и значительно более экономичными для таких применений, как микрообработка компонентов. Оба типа лазеров имеют одинаковые уровни производительности для задач, с которыми они работают.

В области ядерной медицины, ПЭТ-машина создает изображение с помощью гамма-лучей, взаимодействующих с искрящимися кристаллами, чтобы генерировать комптоновские электроны с оптимальной скоростью около 170 пикосекунд. В действительности это обычно намного медленнее и занимает от 1 до 2 наносекунд на одну эмиссионную частицу. Исследование времени полета PET (TOFPET) пытается уменьшить фактическое время полета до менее чем 300 пикосекунд, путем улучшения фотоприемников, самих сцинтилляционных кристаллов и связанной электроники. Хотя эти скорости уже невероятно высоки, восстановление изображения областей человеческого тела по этим выбросам является медленным, длительным процессом, который часто занимает несколько дней.