تولد رایانه‌های نوری و کوانتومی

تولد رایانه‌های نوری و کوانتومی

جام جم آنلاین: رایانه‌های نوری، عرصه جذاب و هیجان‌انگیزی از آینده فناوری اطلاعات و ارتباطات به حساب می‌آید، اما به نظر می‌رسد یکی از پیچیده‌ترین فناوری‌هایی محسوب می‌شود که دانشمندان برای دستیابی به آن بر طیف گسترده‌ای از فناوری‌های مرتبط تکیه کرده‌اند. یکی از این فناوری‌ها که برای مردم عادی بسیار نام‌آشناست، ترانزیستور نام دارد. […]

جام جم آنلاین: رایانه‌های نوری، عرصه جذاب و هیجان‌انگیزی از آینده فناوری اطلاعات و ارتباطات به حساب می‌آید، اما به نظر می‌رسد یکی از پیچیده‌ترین فناوری‌هایی محسوب می‌شود که دانشمندان برای دستیابی به آن بر طیف گسترده‌ای از فناوری‌های مرتبط تکیه کرده‌اند.
یکی از این فناوری‌ها که برای مردم عادی بسیار نام‌آشناست، ترانزیستور نام دارد. جالب این است که طی ۲ دهه گذشته این فناوری پیشرفت‌های خیره‌کننده‌ای داشته است که مهم‌ترین علت آن، کاربردی بودن آن در طیف وسیعی از فناوری‌ها و سازه‌هاست، اما دستیابی به ایده رایانه‌های نوری، فرآیند طولانی‌مدتی بوده است که شمار زیادی از دانشمندان را به چالش کشانده است.

اکنون نیز با ابداعاتی که در زمینه فناوری ترانزیستورها صورت گرفته است، یکی دیگر از ایده‌های منحصربه‌فرد بشر یعنی رایانه‌های ترانزیستوری، گام دیگری به واقعیت نزدیک‌تر شده است: ترانزیستورهای نوری ساخته شده از تک‌مولکول‌ها، ترانزیستورهایی که جریان نور در آنها تعیین‌کننده است و می‌توانند در رایانه‌های نوری و در ادامه، سیستم‌های محاسباتی کوانتومی به عنوان بخش اصلی به کار گرفته شوند.

اهمیت این تلاش‌ها در آن حد است که توسعه بسیاری از فناوری‌های فعلی و ادامه ماجراجویی بشر در اعماق فضا صرفا در گروی توسعه دانش ساخت چنین رایانه‌هایی است. نکته جالب توجه و غرورآفرین برای کشورمان این است که در تازه‌ترین تلاش‌های صورت گرفته در این خصوص، نام یک محقق ایرانی به عنوان هدایتگر اصلی طرح به چشم می‌خورد.

محققان دانشگاه علوم و فناوری ETH در زوریخ سوئیس به سرپرستی دکتر وحید صندوقدار، دست به کار بزرگی زده‌اند و ترانزیستور نوری را با موفقیت ساخته‌اند که مبنای آن استفاده از تنها یک مولکول بوده است. به عقیده او، این دستاورد جدید را می‌توان گامی امیدوارکننده به سوی طراحی و ساخت رایانه‌های نوری به شمار آورد.

از ورود اینترنت به زندگی عادی مردم سالیان طولانی نمی‌گذرد، اما در همین مدت ثابت شده است که استفاده از آن باید با سرعتی به مراتب بیشتر از سرعت فعلی صورت گیرد. استفاده از پهنای باند و تکنیک‌های دیگری در این زمینه که برای رسیدن به این خواسته صورت گرفته، هنوز نتوانسته است رضایت دانشمندان و کاربران را برآورده کند.

کارشناسان بر این باورند که ارتباطات اینترنتی و رایانه‌ای باید به مراتب سریع‌تر و قدرتمندتر از شرایط فعلی انجام شود، اما موانع زیادی بر سر راه دیده می‌شود. سیستم‌های شناخته‌شده پردازش‌کننده مرکزی سنتی (سی‌پی‌یوها) خود به عنوان بخشی از موانع محدودکننده رایانه‌ها به شمار می‌آیند که به عنوان مثال باید به تولید گرمای قابل توجه در آنها و خطراتی که به دنبال خود دارند، اشاره کرد.

برآورد شده است که میلیون‌ها ترانزیستوری که وظیفه دارند سیگنال‌های الکترونیکی را در سی‌پی‌یو‌ها روشن و تقویت کنند، علت اصلی تولید حجم قابل توجهی از این گرما محسوب می‌شود. بررسی‌های دقیق نیز نشان داده است که تنها یک سانتی‌متر مربع از سی‌پی‌یو‌ می‌تواند بالغ بر ۱۲۵وات حرارت تولید کند که بیش از ۱۰ برابر حرارتی است که یک سانتی‌متر مربع از یک hotplate الکتریکی تولید می‌کند. پس راه‌حل امیدوارکننده برای تحقق ایده رایانه‌های نوری چیست؟ استفاده از فوتون‌ها به جای الکترون‌ها می‌تواند راه‌حل مناسبی باشد.

این گرمای نگران‌کننده، مهم‌ترین انگیزه و محرک دانشمندان در پیدا کردن شیوه‌هایی موثر برای طراحی و تولید مدارهای یکپارچه‌ای بوده است که به جای عمل کردن براساس الکترون‌ها، بر مبنای فوتون‌ها کار کنند، اما دلیل این تغییر نگرش در چیست؟ دانشمندان دلیل اصلی ارائه این راه‌حل را در این می‌دانند که فوتون‌ها نه‌تنها در مقایسه با الکترون‌ها حرارت کمتری تولید می‌کنند بلکه آنها امکان خیره‌کننده‌ای در زمینه انتقال بسیار سریع‌تر داده‌ها ایجاد می‌کنند.

حل معمای انرژی تاریک صرفا با استفاده از ابررایانه‌های فوق‌مدرن که در آن سرعت محاسباتی حرف اول را می‌زند تحقق خواهند یافتاگرچه امروزه بخش قابل توجهی از مهندسی ارتباطات از راه دور بر مبنای انتقال نوری سیگنال‌هاست، اما کدگذاری ضروری اطلاعات با استفاده از سوئیچ‌های کنترلی الکترونیکی صورت می‌گیرد. از این رو به نظر می‌رسد هنوز با ترانزیستور فشرده نوری فاصله زیادی وجود داشته باشد.

دکتر وحید صندوقدار، استادیار ایرانی آزمایشگاه شیمی فیزیک ETH زوریخ می‌گوید: با مقایسه وضعیت فعلی این فناوری با سازه‌ها و دستاوردهای صورت گرفته در عرصه الکترونیک می‌توان گفت تا حدود زیادی به ایده منحصربه‌فرد رایانه‌های نوری نزدیک شده‌ایم. در حال حاضر او و تیم تحقیقاتی‌اش به تحولی قطعی در این زمینه دست یافته‌اند که این همه به واسطه تولید ترانزیستور نوری صورت گرفته است که بر مبنای یک مولکول ساخته شده است.

این محققان برای رسیدن به چنین نقطه‌ای بر این حقیقت تکیه کرده‌اند که انرژی مولکول به صورت پله‌ای تعریف شده است و وقتی نور لیزر به مولکولی که در وضعیت پایه‌ای خود قرار دارد برخورد می‌کند، جذب مولکول می‌شود و در نتیجه پرتوی لیزری فروکش می‌کند؛ اما اگر به صورت معکوس به این فرآیند نگاه کنیم این امکان وجود دارد که انرژی جذب شده را با استفاده از پرتوی لیزری ثانویه و در روشی هدف‌گیری شده آزاد کرد.

راز نهفته درخصوص این فرآیند این است که پرتوی لیزری وضعیت کوانتومی مولکول را دستخوش تغییر قرار می‌دهد. این انتشار تحریک‌شده‌ای است که آلبرت اینشتین حدود ۹۰ سال پیش آن را توصیف کرد و اساس کلی اصل فناوری لیزر را نیز تشکیل می‌دهد.

رایانه‌های نوری و در ادامه رایانه‌های کوانتومی

جسوک هوانگ از محققان این طرح و یکی از اعضای گروه تحقیقات نانو اپتیکی دکتر صندوقدار می‌گوید: تقویت‌سازی در فناوری فعلی لیزر به واسطه حضور شمار قابل توجهی از مولکول‌ها صورت می‌گیرد؛ اما اکنون محققان این طرح با تمرکز دادن یک پرتوی لیزری روی تنها یک مولکول توانسته‌اند آزادسازی تحریک‌شده‌ای را با استفاده از تنها یک مولکول خلق کنند، البته محققان از این حقیقت پذیرفته شده علمی که در دماهای پایین به نظر می‌رسد مولکول‌ها سطح خارجی خود را در تعامل با نور افزایش می‌دهند نیز استفاده‌های زیادی کرده‌اند تا به نتایج مورد نظر دست یابند. محققان در ادامه کار راهی ندارند جز این که دمای مولکول را به منهای ۲۷۲ درجه سلسیوس برسانند که تقریبا کمی بالاتر از صفر است.

توسعه این فناوری که هدفی همچون طراحی و ساخت رایانه‌های نوری برای آن در نظر گرفته شده است، در نوع خود هیجان‌انگیز است؛ اما به عقیده دکتر صندوقدار، قطعات و فناوری‌هایی نظیر ترانزیستور تک‌مولکولی می‌توانند راه را برای ساخت رایانه‌های کوانتومی هموار کند. باید در این زمینه و تا پیش از به‌کارگیری فوتون‌ها به جای الکترون‌ها در ترانزیستورها تحقیقات زیادی صورت گیرد.

در همین حال یکی از مهم‌ترین برنامه‌های دانشمندان این است که با دستکاری و مهندسی‌سازی سیستم‌های کوانتومی کنترلی، گام‌های امیدوارکننده‌ای به سوی تحقق رویایی رایانه‌های کوانتومی بردارند. تحقق چنین رویایی می‌تواند به بروز انقلابی بزرگ در دنیای محاسبات و پردازش‌های پیچیده ریاضی منجر شود.

بشر هم‌اکنون خود را درگیر طیف گسترده‌ای از تحقیقات دامنه‌دار علمی می‌داند. نفوذ به اعماق اقیانوس‌ها تا پرده برداشتن از راز شکل‌گیری سیاهچاله‌ها و از آن جذاب‌تر حل معمای انرژی تاریک ازجمله عرصه‌هایی است که صرفا با استفاده از ابررایانه‌های فوق‌مدرن که در آن سرعت محاسباتی حرف اول را می‌زند، تحقق خواهند یافت.

حاشیه های بازیگر زن سینمای ایران فیلم
آگهی استخدام همکار در سایت های نیک صالحی و پرشین وی
برچسب ها:
اخبار مرتبط :
سامسونگپک ضد ریزش مودکتر تاجبخشدکتر بتول طاهری

مهر پروازعضویت در تلگرام
معرفی رایانه های انقلابی در جهان
معرفی رایانه های انقلابی در جهان
اینترنت وایمکس یا ADSL؟
اینترنت وایمکس یا ADSL؟
پرشین‌بلاگ از دسترس خارج شد
پرشین‌بلاگ از دسترس خارج شد
صفحه‌کلید با تمام امکانات رایانه عرضه می‌شود
صفحه‌کلید با تمام امکانات رایانه عرضه می‌شود
کارت حافظه ۶۴ گیگابایتی عرضه شد
کارت حافظه ۶۴ گیگابایتی عرضه شد
بازیهای رایانه ای موثر در …
بازیهای رایانه ای موثر در …
چگونگی ایجاد پسورد برای محافظت از پوشه ها
چگونگی ایجاد پسورد برای محافظت از پوشه ها
چگونگی ایجاد Signatures برای ایمیل‌ها
چگونگی ایجاد Signatures برای ایمیل‌ها
سامسونگپک ضد ریزش مودکتر تاجبخشدکتر بتول طاهریمهر پروازعضویت در تلگرام