تراشهای از جنس نور؛ جهش تازه برای هوش مصنوعی فوقسریع
پژوهشگران آمریکایی با توسعه یک تراشه فوتونیکی جدید گام مهمی بهسوی ساخت رایانههایی برداشتند که بهجای برق، از نور برای پردازش اطلاعات استفاده میکنند؛ فناوریای که میتواند آینده هوش مصنوعی و رایانش کوانتومی را متحول کند.
به گزارش interestingengineering، محققان دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه ایالتی مونتانا موفق به طراحی سامانه فوتونیکی تازهای شدهاند که یکی از بزرگترین موانع رایانش نوری را برطرف میکند؛ مشکلی که به دلیل برهمکنش ضعیف فوتونها یا ذرات نور سالها توسعه پردازندههای نوری را محدود کرده بود.
این سامانه جدید با ترکیب نیمهرسانای دوبعدی مولیبدنوم دیسلنید (MoSe₂) و یک نانوحفره کریستال فوتونی، امکان کنترل نور با استفاده از نور را فراهم میکند؛ آن هم با مصرف انرژی بسیار پایین و سرعتی فوقالعاده بالا.
دستگاههای فوتونیکی مدتهاست بهعنوان گزینهای امیدوارکننده برای نسل آینده رایانهها مطرح هستند زیرا نور در مقایسه با الکترونها سریعتر حرکت میکند و گرمای بسیار کمتری تولید میکند. با این حال، نبود تعامل طبیعی میان فوتونها مانع اصلی توسعه این فناوری بوده است.
لی هه استاد دانشگاه ایالتی مونتانا و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: هدف اصلی ما پیشبرد رایانش تمامنوری بود؛ رویایی قدیمی برای ساخت سامانههایی که اطلاعات را بهجای برق با نور پردازش میکنند.
او توضیح داد که برای حل مشکل تعامل ضعیف فوتونها تیم تحقیقاتی از اگزایتون-پولاریتونها استفاده کرده است؛ ذرات شبهکوانتومی هیبریدی که از اتصال قوی فوتونها و اگزایتونها در نیمهرساناها شکل میگیرند.
پژوهشگران در این پروژه از یک لایه بسیار نازک MoSe₂ استفاده کردند و آن را با یک حفره نانویی از جنس سیلیکون نیترید ترکیب کردند؛ ساختاری که نور را در فضایی بسیار کوچک به دام میاندازد و باعث تقویت شدید برهمکنش نور و ماده میشود.
به گفته محققان این نانوحفره مانند یک تله بسیار دقیق عمل میکند و پولاریتونها را در فضایی فشرده متمرکز میسازد؛ موضوعی که در نهایت امکان سوئیچینگ نوری فوقسریع را با مصرف انرژی بسیار ناچیز فراهم کرده است.
این سامانه توانست عملیات سوئیچینگ نوری را تنها با حدود ۴ فمتوژول انرژی انجام دهد؛ مقداری بسیار کمتر از مصرف انرژی بسیاری از فناوریهای فعلی.
لی هه در توضیح عملکرد این فناوری گفت: ما با وادار کردن نور به برهمکنش قوی با لایههای فوقنازک MoSe₂ توانستیم شرایطی ایجاد کنیم که فوتونها با مصرف انرژی بسیار کم رفتار سامانه را تغییر دهند.
او افزود: اگزایتون-پولاریتونها ویژگیهای نور و ماده را همزمان دارند؛ از یک سو مانند نور با سرعت بالا حرکت میکنند و از سوی دیگر به دلیل ماهیت مادهای خود قادر به تعامل با یکدیگر هستند.
پژوهشگران معتقدند این فناوری میتواند مسیر توسعه مدارهای فوتونیکی یکپارچه در مقیاس بزرگ را هموار کند و در آینده در حوزههایی مانند هوش مصنوعی، پردازش فوقسریع دادهها و رایانش کوانتومی مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته تیم تحقیقاتی ساختار این تراشه بهگونهای طراحی شده که قابلیت تولید انبوه با روشهای استاندارد صنعتی را دارد و میتوان هزاران مولفه نوری را روی یک تراشه مجتمع کرد.
محققان اکنون در حال بهینهسازی بیشتر نانوساختارها برای کاهش بیشتر انرژی موردنیاز و همچنین اتصال چندین نانوحفره به یکدیگر بهمنظور ساخت مدارهای پردازش نوری پیشرفتهتر هستند.
انتهای پیام/
