Eine Pikosekunde ist ein Billionstel einer Sekunde. Es ist ein Zeitmaß, das bei Technologien wie Lasern, Mikroprozessoren und anderen elektronischen Komponenten, die mit extrem hohen Geschwindigkeiten arbeiten, ins Spiel kommt. Die kernphysikalische Forschung umfasst auch Messungen im Bereich der Pikosekunde sowie die damit verbundene nuklearmedizinische Bildgebung mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET).
Personalcomputer nähern sich allmählich der Geschwindigkeit, bei der eine einzelne Berechnung in einer Pikosekunde durchgeführt werden kann. Ein Heimcomputer mit einem Mikroprozessor, der mit drei Gigahertz läuft, leistet drei Milliarden Zyklen pro Sekunde. Dies bedeutet, dass es tatsächlich etwa 330 Pikosekunden dauert, um eine einzelne binäre Operation auszuführen.
Supercomputer in den Vereinigten Staaten und China überschreiten bereits die Pikosekunden-pro-Operations-Geschwindigkeit. Einer der schnellsten Supercomputer der USA kann 360 Billionen Operationen pro Sekunde ausführen, was etwas schneller ist als eine Operation pro Pikosekunde. China enthüllte 2010 einen Supercomputer, der 2.5 Petaflops pro Sekunde oder 2.5 Billiarden Operationen pro Sekunde ausführen konnte, was bedeutet, dass er jede Pikosekunde optimal 2,500 Berechnungen durchführt.
Laser, die für den Betrieb im Pikosekundenbereich ausgelegt sind, emittieren Lichtimpulse im Zeitabstand von einer bis mehreren zehn Pikosekunden. Es gibt verschiedene Arten von Laserdesigns, die mit diesen Geschwindigkeiten betrieben werden können, darunter Festkörperlaser, modengekoppelte Faserlaser und gütegeschaltete Laser. Jedes Modell basiert auf der Pikosekunden-Diode, die modengekoppelt oder verstärkungsgeschaltet werden kann, wodurch die Pulsfrequenzen von Nanosekundengeschwindigkeiten, die in Milliardstelsekunden liegen, auf mindestens zehnmal schneller in den 100er-Pikosekundenbereich geändert werden.
Obwohl solche ultraschnellen Laser schwer vorstellbar sind, gibt es noch schnellere Modelle. Ein Pikosekundenpulslaser ist 1,000 Mal langsamer als ein Femtosekundenlaser. Dies macht Pikosekunden-Designs weniger innovativ und deutlich wirtschaftlicher für Anwendungen wie die Mikrobearbeitung von Bauteilen. Beide Lasertypen haben eine ähnliche Leistung für die Aufgaben, mit denen sie beauftragt werden.
Auf dem Gebiet der Nuklearmedizin erstellt eine PET-Maschine ein Bild durch Gammastrahlen, die mit szintillierenden Kristallen interagieren, um Compton-Elektronen mit optimalen Geschwindigkeiten von etwa 170 Pikosekunden zu erzeugen. In Wirklichkeit ist dies normalerweise viel langsamer und dauert etwa 1 bis 2 Nanosekunden pro Emissionsteilchen. Die Flugzeit-PET-Forschung (TOFPET) versucht, die tatsächliche Flugzeit durch Verbesserungen der Photodetektoren, der Szintillationskristalle selbst und der zugehörigen Elektronik auf unter 300 Pikosekunden zu reduzieren. Obwohl diese Geschwindigkeiten bereits unglaublich schnell sind, ist die Rekonstruktion eines Bildes menschlicher Körperregionen aus diesen Emissionen ein langsamer, zeitaufwändiger Prozess, der oft mehrere Tage dauert.