En pikosekund är en biljondels sekund. Det är ett mått på tid som spelar in med typer av teknik som lasrar, mikroprocessorer och andra elektroniska komponenter som arbetar med extremt höga hastigheter. Kärnfysikforskning involverar också mätningar som närmar sig pikosekundens räckvidd, såväl som relaterad nuklearmedicinsk avbildning med hjälp av positronemissionstomografi (PET).
Persondatorer närmar sig gradvis den hastighet där en enda beräkning kan utföras på en pikosekund. En hemdator med en mikroprocessor som går på tre gigahertz presterar med tre miljarder cykler per sekund. Detta betyder att det faktiskt tar cirka 330 pikosekunder att utföra en enda binär operation.
Superdatorer i USA och Kina överstiger redan picosekund per operationshastighet. En av de snabbaste superdatorerna i USA kan göra 360 biljoner operationer per sekund, vilket är något snabbare än en operation per pikosekund. Kina avslöjade en superdator 2010 som var kapabel att utföra 2.5 petaflops per sekund, eller 2.5 kvadriljoner operationer varje sekund, vilket innebär att varje pikosekund utför den optimalt 2,500 XNUMX beräkningar.
Lasrar utformade för att fungera i pikosekundersområdet avger ljuspulser var och en till flera tiotals pikosekunder i tiden. Det finns flera typer av laserdesigner som kan arbeta med dessa hastigheter, inklusive bulk solid state-lasrar, modlåsta fiberlasrar och Q-switched lasrar. Varje modell är byggd på pikosekunddioden, som kan vara lägeslåst eller förstärkningsväxlad, vilket ändrar pulshastigheter från nanosekundshastigheter som är i miljarddels sekund till minst tio gånger snabbare in i intervallet 100-tals pikosekunder.
Även om sådana ultrasnabba lasrar är svåra att föreställa sig, finns det en ännu snabbare nivå av modeller. En pikosekundspulslaser är 1,000 XNUMX gånger långsammare än en femtosekundslaser. Detta gör picosecond-designer mindre banbrytande och avsevärt mer ekonomiska för användningar som mikrobearbetning av komponenter. Båda typerna av lasrar har liknande prestandanivåer för de jobb som de har till uppgift.
Inom det nuklearmedicinska området 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 per emissionspartikel. Tid för flygning PET (TOFPET) forskning försöker minska den faktiska flygtiden till under 300 pikosekunder, genom förbättringar av fotodetektorer, själva scintillerande kristaller och tillhörande elektronik. Även om dessa hastigheter redan är otroligt höga, är det en långsam, tidskrävande process att rekonstruera en bild av mänskliga kroppsregioner från dessa utsläpp som ofta tar flera dagar att slutföra.