ابتكر علماء شريحة فوتونية رائدة يمكنها توليد المعلومات القائمة على الضوء وتوجيهها وقراءتها بالكامل داخل جهاز صغير واحد، مما يمثل إنجازاً بارزاً في مسيرة البحث عن حوسبة فائقة السرعة وموفرة للطاقة. تجمع الشريحة المتكاملة بين وظائف كانت تتطلب في السابق عدة مكونات منفصلة، وتمثل قفزة إلى الأمام قد تغير طريقة معالجة الحواسيب للبيانات ونقلها. وباستخدام الفوتونات بدلاً من الإلكترونات لنقل المعلومات، يحقق الجهاز سرعات معالجة تفوق بكثير ما يمكن للدوائر الإلكترونية التقليدية تقديمه.
تعتمد الحوسبة التقليدية على الإلكترونات المتحركة عبر ترانزستورات السيليكون، وهي تقنية خدمت الصناعة لعقود لكنها تقترب بشكل متزايد من حدودها الفيزيائية الأساسية. فمع تقلص الترانزستورات إلى مقاييس ذرية، تولد مزيداً من الحرارة وتواجه تأثيرات التداخل الكمي التي تضعف الأداء. تتجاوز الحوسبة الفوتونية هذه القيود باستخدام جسيمات الضوء التي تنتقل بسرعات أعلى بكثير ولا تولد أي حرارة أثناء النقل.
تدمج الشريحة المطورة حديثاً ثلاث وظائف حاسمة على منصة واحدة. يولد مصدر ضوئي تيارات فوتونية متماسكة، وتوجه هياكل الدليل الموجي تلك الفوتونات عبر مسارات دقيقة، وتقرأ كواشف مدمجة الإشارات البصرية الناتجة. في السابق كانت كل من هذه الوظائف تتطلب مكوناً مخصصاً خاصاً بها، مما جعل الأنظمة الفوتونية ضخمة ومكلفة وصعبة التوسع.
أكد الباحثون المشاركون في المشروع أن الشريحة تعمل بسرعات تفوق المعالجات الإلكترونية الحالية بعدة مراتب. يمكن للبيانات المشفرة في نبضات ضوئية أن تعبر الشريحة في بيكوثوانٍ، مما يتيح إنتاجية حسابية ستستغرق الإلكترونيات التقليدية وقتاً أطول بكثير لتحقيقها. وتوفير الطاقة مثير للإعجاب بنفس القدر، حيث تستهلك الشريحة الفوتونية جزءاً صغيراً من الطاقة المطلوبة.
تمتد تداعيات هذه التكنولوجيا عبر قطاعات متعددة. في مجال الاتصالات يمكن للشرائح الفوتونية زيادة عرض النطاق الترددي بشكل كبير مع تقليل البصمة الطاقية للبنية التحتية للشبكات. وفي مجال الذكاء الاصطناعي يمكن أن تسرع القدرة على معالجة كميات هائلة من البيانات بسرعة الضوء تدريب نماذج التعلم الآلي. كما أبدى باحثو الحوسبة الكمية اهتماماً بالتقنية. ووصف خبراء الصناعة هذا الإنجاز بأنه أحد أهم التطورات في الحوسبة الفوتونية خلال السنوات الأخيرة.
التعليقات