کامپیوتری که برای انتقال و دستکاری داده ها به جای برق از نور استفاده می کند می تواند همان وظایف را سریعتر و با مصرف انرژی کمتر انجام دهد.
فن آوری
9 دسامبر 2022
یی ژانگ با کامپیوتر نوری یی وانگ
نوع جدیدی از رایانه که از نور به جای الکتریسیته استفاده می کند، می تواند محاسبات را سریعتر انجام دهد و انرژی کمتر و فضای کمتری مصرف کند.
تراشه های کامپیوتری از میلیون ها یا میلیاردها گیت منطقی تشکیل شده اند. این اجزای کوچک اساسی ترین عملیات را انجام می دهند، مانند بررسی اینکه آیا یک بیت از داده ها با بیت دیگر مطابقت دارد یا خیر. با ترکیب این گیت ها در تعداد زیاد است که کارهایی مانند دانلود یک فایل، پخش یک ویدیو یا بازی رایانه ای انجام می شود.
تراشه های سنتی با انتقال الکترون کار می کنند، اما یی ژانگ در دانشگاه آلتو فنلاند و همکارانش موفق به ایجاد دروازه‌های منطقی نوری شدند که عملکردهای مشابهی را با نور انجام می‌دهند.
کامپیوترهای نوری قبلا ساخته شده اند، اما شامل سخت افزار پیچیده و محدود به برنامه های خاص هستند. ژانگ می‌گوید این دروازه‌های جدید را می‌توان از یک لایه بلورهای دی سولفید مولیبدن به ضخامت فقط 0.65 نانومتر با استفاده از تکنیک‌های ساخت موجود ساخت و می‌تواند برای انجام وظایف جهانی در یک بسته کوچک طراحی شود.
از آنجایی که فوتون‌ها سریعتر از الکترون‌ها در مدار حرکت می‌کنند، این می‌تواند محاسبات را تسریع کند، و از آنجایی که آنها نیز بدون مقاومت حرکت می‌کنند، می‌توانند همان کار را با استفاده از انرژی کمتر انجام دهند.
رویکرد تیم از نور قطبی دایره ای استفاده می کند. این شامل یک موج نوری است که به نظر می رسد حول محور حرکت خود می چرخد، در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد. یک بیت سنتی در یک کامپیوتر شامل یک بار الکتریکی مثبت یا منفی است – که با 0 یا 1 نشان داده می شود – اما در این کامپیوتر نوری جدید، بیت ها یا با نور پلاریزه شده در جهت عقربه های ساعت یا با نور قطبی شده خلاف جهت عقربه های ساعت نمایش داده می شوند.
در کامپیوترهای نوری، گیت های منطقی از مواد کریستالی حساس به جهت چرخش این پرتوهای نور قطبی شده ساخته شده اند. با استفاده از فیلترهای نوری و سایر اجزا، این گیت ها را می توان برای بازسازی دروازه های سنتی ساخت.
این تیم گیت‌های نوری فعالی را نشان دادند که دروازه‌های سنتی معروف به XNOR، NOR، AND، XOR، OR و NAND را بازسازی می‌کنند که همگی عملیات‌های مختلفی را روی داده‌ها انجام می‌دهند. محققان همچنین نشان دادند که این عملیات را می توان به صورت موازی و نه سریالی بر روی داده ها انجام داد که به طور بالقوه می تواند راه را برای پیشرفت های بزرگ در کارایی و سرعت محاسباتی هموار کند.
ژانگ می‌گوید: «ما امیدواریم در آینده بتوان رایانه‌های تمام نوری ساخت. “بزرگترین مزیت سرعت فوق العاده سریع تراشه های نوری در مقایسه با تراشه های سنتی است. علاوه بر این، نور توانایی پردازش موازی را دارد و انرژی کمتری مصرف می کند، در حالی که دستگاه های الکترونیکی به دلیل مقاومت انرژی بیشتری مصرف می کنند.”
ژانگ می‌گوید کار آینده بررسی خواهد کرد که چگونه از گیت‌های منطقی نوری می‌توان برای ایجاد رایانه‌های ترکیبی کلاسیک و کوانتومی یا ایجاد دروازه‌های منطقی کوانتومی نوری استفاده کرد. در واقع، یک شاخه رایج از تحقیقات محاسبات کوانتومی در حال حاضر از فوتون ها برای انتقال داده ها استفاده می کند.
مرجع مجله: دانشمندان پیشرفت می کنندDOI: 10.1126/sciadv.abq8246
درباره این موضوعات بیشتر بدانید:
منبع: https://www.newscientist.com/article/2350015-light-based-computer-could-outpace-traditional-electrical-chip-designs/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home
