استفاده از نانوفتونیک در توسعه سامانه‌های محاسباتی کم‌مصرف

به گزارش خبرگزاری صداوسیما: کامپیوتر‌ها بخش جدایی‌ناپذیر زندگی روزمره ما هستند و نیاز به کامپیوتر‌هایی وجود دارد که بتوانند سریع‌تر کار کنند و مشکلات پیچیده‌تر را کارآمدتر حل کنند. چنین سیستم‌هایی با به حداقل رساندن انرژی مورد نیاز برای محاسبات، ردپای محیطی کوچک‌تری بر جای می‌گذارند؛ بنابراین توسعه چنین سامانه‌هایی به‌طور فزاینده‌ای ضروری است.

پیشرفت اخیر در فوتونیک نشان داده است که دستیابی به محاسبات کارآمدتر از طریق دستگاه‌های نوری که از فعل و انفعالات بین فرامواد و امواج نور برای اعمال عملیات ریاضی مورد علاقه روی سیگنال‌های ورودی و حتی حل مسائل پیچیده ریاضی استفاده می‌کنند، امکان‌پذیر است.

اما تا به امروز، چنین کامپیوتر‌هایی نیاز به ردپای بزرگ و ساخت دقیق و مساحت وسیعی از قطعات دارند که به دلیل اندازه آن‌ها، مقیاس‌بندی چنین سامانه‌های محاسباتی در شبکه‌های پیچیده‌تر دشوار بوده است.

به تازگی مقاله‌ای با عنوان “Nonlocal Scatterer for Compact Wave-based Computing Analog Computing” در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسیده است که در آن محققان مرکز تحقیقات علوم پیشرفته در مرکز کانی (CUNY ASRC) به جزئیات یک کشف مهم در این باره می‌پردازند. یافته‌های آن‌ها راه را برای توسعه کامپیوتر‌های نوری کوچک با مصرف کم انرژی و با قابلیت محاسبات پیشرفته هموار می‌کند.

آندریا آلو، نویسنده مقاله مربوط به این پروژه و مدیر پیشگامی فوتونیک CUNY ASRC گفت: «تقاضای فزاینده برای انرژی در مراکز داده بزرگ و ناکارآمدی معماری‌های محاسباتی فعلی به یک چالش واقعی برای جامعه ما تبدیل شده است. نتایج کار ما نشان می‌دهد که می‌توان جسمی در مقیاس نانو طراحی کرد که بتواند به طور موثر با نور برهمکنش داشته باشد تا مسائل پیچیده ریاضی را با سرعت‌های بی‌سابقه و نیاز‌های انرژی تقریباً صفر حل کند.»

پژوهشگران این پروژه یک جسم نانومقیاس ساخته شده از سیلیکون را طراحی کردند تا در هنگام برهمکنش با امواج نوری که یک سیگنال ورودی دلخواه را حمل می‌کنند، بتواند راه حل مربوط به یک مسئله پیچیده ریاضی را در نور پراکنده شده، رمزگذاری کند. مسئله با سرعت نور و با حداقل مصرف انرژی محاسبه می‌شود.

دکتر هدونگ گو گفت: «این یافته امیدوارکننده‌ای است، زیرا مسیری عملی برای ایجاد نسل جدیدی از کامپیوتر‌های نوری در مقیاس نانو و بسیار کم مصرف، بسیار سریع، بسیار فشرده و کوچک ارائه می‌دهد. این کار با فناوری نانوفوتونیکی قابل انجام بوده و می‌تواند برای محاسبات کلاسیک و کوانتومی استفاده شوند.»

اندازه بسیار کوچک این کامپیوتر‌های نوری در مقیاس نانو به ویژه برای مقیاس‌پذیری جذاب است، زیرا چندین نانوساختار را می‌توان از طریق پراکندگی نور با هم ترکیب کرد و به هم متصل کرد تا شبکه‌های محاسباتی در مقیاس نانو پیچیده را تحقق بخشد.