Vad är ett Picosecond?

Ett picosekund är en biljon sekund. Det är ett mått på tiden som spelar in med typer av teknik som lasrar, mikroprocessorer och andra elektroniska komponenter som arbetar med extremt snabba hastigheter. Kärnfysisk forskning involverar också mätningar som närmar sig räckvidden för picosekundet, samt relaterad nukleärmedicinsk avbildning med hjälp av positron emission tomography (PET).

Personliga datorer närmar sig gradvis hastigheten där en enda beräkning kan utföras på ett picosekund. En hemmadator med en mikroprocessor som körs med tre gigahertz utförs med tre miljarder cykler per sekund. Detta innebär att det faktiskt tar cirka 330 pikosekunder för att utföra en enda binär operation.

Superdatorer i USA och Kina överskrider redan picosekund per driftshastighet. En av de snabbaste superdatorerna i USA kan utföra 360 biljoner operationer per sekund, vilket är något snabbare än en operation per picosekund. Kina avslöjade en superdator 2010 som var kapabel att utföra 2,5 petaflops per sekund, eller 2,5 quadrillion operationer per sekund, vilket innebär att varje picosekund utför det 2500 beräkningar optimalt.

Lasrar designade för att arbeta inom picosekundområdet avger ljuspulser vartannat till flera tiotals picosekunder i tid. Det finns flera typer av laserkonstruktioner som kan arbeta med dessa hastigheter, inklusive massiva tillståndslasrar, modlåsta fiberlasrar och Q-switchade lasrar. Varje modell bygger på picosekondioden, som kan låsas eller växlas i läge, ändra pulsfrekvensen från nanosekundhastigheter som är i miljarder sekund till minst tio gånger snabbare in i 100-talets picosekunder.

Även om sådana ultrasnabba lasrar är svåra att föreställa sig, finns en ännu snabbare modellnivå. En pikosekundpulslaser är 1 000 gånger långsammare än en femtosekundslaser. Detta gör att picosecond-konstruktioner är mindre banbrytande och betydligt mer ekonomiska för användningar som mikrobearbetning av komponenter. Båda typerna av lasrar har liknande prestandanivåer för de jobb som de har i uppdrag.

Inom det kärnmedicinska fältet bygger en PET-maskin upp en bild genom gammastrålar som interagerar med scintillerande kristaller för att producera Compton-elektroner med optimala hastigheter på cirka 170 pikosekunder. I verkligheten är detta vanligtvis mycket långsammare och tar cirka 1 till 2 nanosekunder i längd per utsläppspartikel. Tid för flygning PET (TOFPET) forskning försöker minska den faktiska flygtiden ner till under 300 picosekunder, genom förbättringar av fotodetektorer, själva scintillating kristallerna och tillhörande elektronik. Även om dessa hastigheter redan är otroligt snabba, är det en långsam, tidskrävande process som ofta tar flera dagar att genomföra en bild av människokroppsregioner från dessa utsläpp.