Mikä on pikosekunti?

Pikosekunti on miljardi sekuntia. Se on ajan mitta, joka tulee mukaan tekniikoihin, kuten laserit, mikroprosessorit ja muut elektroniset komponentit, jotka toimivat erittäin nopeilla nopeuksilla. Ydinfysiikan tutkimukseen kuuluu myös mittauksia, jotka lähestyvät pikosekunnin kantamaa, sekä niihin liittyvää ydinlääketieteellistä kuvantamista positroniemissiotomografialla (PET).

Henkilökohtaiset tietokoneet lähestyvät vähitellen nopeutta, jolloin yksittäinen laskenta voidaan suorittaa pikosekunnissa. Kotitietokone, jonka mikroprosessori toimii kolmella gigahertsillä, toimii kolmella miljardilla jaksolla sekunnissa. Tämä tarkoittaa, että yhden binääritoiminnon suorittaminen kestää itse asiassa noin 330 pikosekuntia.

Supertietokoneet Yhdysvalloissa ja Kiinassa ylittävät jo pikosekunnin käyttönopeuksia kohti. Yksi Yhdysvaltojen nopeimmista supertietokoneista pystyy suorittamaan 360 biljoonaa operaatiota sekunnissa, mikä on hieman nopeampaa kuin yksi operaatio per pikosekunti. Kiina paljasti vuonna 2010 supertietokoneen, joka pystyi suorittamaan 2.5 petaflopsia sekunnissa tai 2.5 kvadrillionia joka sekunti, mikä tarkoittaa, että joka pikosekunti suorittaa optimaalisesti 2,500 laskentaa.

Pikosekuntien toimintaan suunnitellut laserit lähettävät valopulsseja aina useiden kymmenien pikosekuntien välein. Näillä nopeuksilla voidaan käyttää useita erilaisia ​​lasermalleja, mukaan lukien irtotavarana käytettävät puolijohdelaserit, tilassa lukitut kuitulaserit ja Q-kytkimet. Jokainen malli on rakennettu pikosekundidiodille, joka voidaan lukita tilaan tai vahvistukseen, jolloin pulssin nopeus muuttuu miljardisekunnin nanosekuntinopeudesta vähintään kymmenen kertaa nopeammaksi 100 sekunnin pikselialueelle.

Vaikka tällaisia ​​erittäin nopeita lasereita on vaikea kuvitella, on olemassa vielä nopeampi mallien taso. Pikosekundin pulssilaser on 1,000 kertaa hitaampi kuin femtosekundi laser. Tämä tekee pikosecond-malleista vähemmän teräviä ja huomattavasti taloudellisempia esimerkiksi komponenttien mikrotyöstöön. Molemmilla lasertyypeillä on samanlainen suorituskyky tehtävissä, joihin ne kuuluvat.

Isotooppilääketieteen alalla PET -kone muodostaa kuvan gammasäteiden avulla vuorovaikutuksessa tuikeilevien kiteiden kanssa tuottaakseen Comptonin elektroneja optimaalisilla nopeuksilla, jotka ovat noin 170 pikosekuntia. Todellisuudessa tämä on yleensä paljon hitaampaa ja kestää noin 1–2 nanosekuntia per päästöhiukkanen. Lentoaika PET (TOFPET) -tutkimuksella pyritään lyhentämään todellinen lentoaika alle 300 pikseliin parantamalla valonilmaisimia, itse tuikehtavia kiteitä ja niihin liittyvää elektroniikkaa. Vaikka nämä nopeusnopeudet ovat jo uskomattoman nopeita, ihmiskehon alueiden kuvan palauttaminen näistä päästöistä on hidas, aikaa vievä prosessi, joka kestää usein useita päiviä.