نجح قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة يوتا في تطوير جهاز تلاشي للأجهزة الضوئية المجهرية - اللبنات الأساسية لرقائق الكمبيوتر الضوئية التي يعتمد تشغيلها على الضوء بدلاً من التيار الكهربائي - وذلك كجزء من الجهود المبذولة لإنشاء رقائق صغيرة وأسرع وأكثر اقتصادا في المستقبل. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Communications
[ترجمة د.نحماني موشيه]
كجزء من الجهود المستمرة لجعل رقائق الكمبيوتر أصغر وأسرع وأرخص، نجح الباحثون الآن في إنشاء جهاز تلاشي للأجهزة الضوئية المجهرية.
من عباءة التخفي لهاري بوتر إلى جهاز التخفي رومولان الذي جعل السفينة الحربية غير مرئية في فيلم "ستار تريك"، لم تكن الفكرة السحرية للكائن غير المرئي موجودة إلا في العقول المحمومة لكتاب MDB. ومع ذلك، نجح البروفيسور راجيش مينون وفريقه البحثي من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة يوتا في تطوير جهاز تلاشي للأجهزة الضوئية المجهرية - وهي اللبنات الأساسية لرقائق الكمبيوتر الضوئية التي يعتمد تشغيلها على الضوء بدلاً من التيار الكهربائي. - وهذا في إطار الجهود المبذولة لإنشاء شرائح صغيرة وأسرع وأكثر اقتصادا في المستقبل. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Communications.
سيشمل المستقبل في مجالات أجهزة الكمبيوتر ومراكز البيانات والأجهزة المحمولة شرائح فوتونية حيث يتم تدفق البيانات ومعالجتها على شكل فوتونات من الضوء بدلاً من الإلكترونات. تتمثل المزايا الكامنة في الرقائق الضوئية مقارنة بالرقائق الشائعة اليوم المعتمدة على السيليكون في سرعة عملها وحقيقة أنها ستستهلك قدرًا أقل من الكهرباء ونتيجة لذلك ستسخن بشكل أقل. سيتم دمج مليارات الأجهزة الضوئية في كل شريحة من هذه الرقائق، ولكل منها وظيفة محددة، تشبه مليارات الترانزستورات ذات الوظائف المختلفة الموجودة في شرائح السيليكون في عصرنا. على سبيل المثال، ستقوم مجموعة واحدة من الأجهزة بإجراء العمليات الحسابية، وستقوم مجموعة أخرى بإجراء عمليات المعالجة، وما إلى ذلك.
ومن ناحية أخرى، تكمن المشكلة في أنه إذا كان جهازان ضوئيان قريبان جدًا من بعضهما البعض، فلن يعملا بشكل صحيح نظرًا لأن الضوء قد "يقفز" بين الاثنين ويسبب تداخلًا مشابهًا للتداخل. في البث الإذاعي. وفي الوقت نفسه، إذا قمنا بتحريكهما بعيدًا بما فيه الكفاية، فسنحل المشكلة، لكن الهيكل نفسه سيكون كبيرًا جدًا. واكتشف الباحثون أنه يمكن استخدام حاجز نانومتري قائم على السيليكون بين الجهازين الضوئيين، وهو نوع من الحاجز غير المرئي الذي يمنع أحد الأجهزة من التأثير على الآخر.
وقال الباحث الرئيسي: "المبدأ الذي نستخدمه يشبه عباءة الاختفاء الخاصة بهاري بوتر". "يتم إعادة توجيه كل شعاع ضوئي يصل إلى أحد الأجهزة ومحاكاة الموقف كما لو أنه لا يوجد جهاز مجاور. إنه بمثابة حاجز - فهو يدفع الضوء إلى الجهاز الأصلي. وبفضل هذا الاكتشاف، يمكن تجميع المليارات من هذه الأجهزة الضوئية في شريحة واحدة، وبالتالي فإن كل شريحة قادرة على أداء وظائف لا حصر لها. وفي ضوء أن هذه الرقائق تستخدم فوتونات الضوء بدلا من الإلكترونات لنقل البيانات، فإن استهلاكها للكهرباء قد يكون أقل بـ 10-100 مرة، وهي نتيجة من شأنها أن تقلل من تسخين الأجهزة، وهي ميزة أساسية لمراكز المعلومات التي تستخدم كميات هائلة من الكهرباء.
ويعتقد الباحثون أن التطبيق الفوري لهذه التقنية وللرقائق الضوئية بشكل عام سيكون على شكل مراكز بيانات مثل تلك التي تستخدمها المواقع الإلكترونية الكبرى مثل جوجل وفيسبوك. ووفقا لدراسة أجرتها وزارة الطاقة الأمريكية، استهلكت مراكز البيانات الأمريكية حوالي 2014 مليار كيلووات/ساعة عام 70، أي ما يعادل 1.8 بالمئة من إجمالي استهلاك الكهرباء في الولايات المتحدة. علاوة على ذلك، من المتوقع أن يزيد استهلاك الطاقة بنسبة أربعة بالمائة إضافية بحلول عام 2020. "من خلال التحول من الإلكترونات إلى الفوتونات، سنكون قادرين على إنشاء أجهزة كمبيوتر أكثر كفاءة، ونتيجة لذلك، سنكون قادرين على تقليل استهلاك الطاقة "البصمة الكربونية وتقليل استهلاك الطاقة في جميع القطاعات" ، كما يقول الباحث الرئيسي.
واليوم، تُستخدم الأجهزة الضوئية بشكل رئيسي في المعدات العسكرية، لكن الباحثين يتوقعون أنها ستصل إلى السوق التجارية، وخاصة مراكز البيانات، في غضون سنوات قليلة.
