يمكن للمواد الضوئية الجديدة أن تتيح الحوسبة فائقة السرعة القائمة على الضوء
يتم تطوير المواد الضوئية من قبل الباحثين للسماح بحوسبة ضوئية قوية وفعالة
يقوم باحثون في جامعة سنترال فلوريدا بتطوير مواد ضوئية جديدة قد تُستخدم يومًا ما لتمكين الحوسبة الضوئية فائقة السرعة ومنخفضة الطاقة. المواد الفريدة التي يشار إليها بالعوازل الطوبولوجية، تشبه الأسلاك التي انقلبت من الداخل إلى الخارج، مع العزل من الداخل والتيار المتدفق على طول الجزء الخارجي.
من أجل تجنب مشكلة السخونة الزائدة التي تواجهها الدوائر الأصغر اليوم، يمكن دمج العوازل الطوبولوجية في تصميمات الدوائر لتمكين تعبئة المزيد من طاقة المعالجة في منطقة معينة دون توليد حرارة.
قدمت الدراسة الأخيرة للباحثين، والتي نُشرت في 28 أبريل في مجلة Nature Materials ، عملية جديدة تمامًا لإنشاء المواد التي تستخدم بنية شبكية فريدة من نوعها على شكل قرص العسل. تم حفر النمط المترابط على شكل خلية نحل بالليزر على قطعة من السيليكا، وهي مادة تستخدم غالبًا لإنشاء دوائر ضوئية من قبل الباحثين.
تمكن عقد التصميم الباحثين من تنظيم التيار دون ثني أو شد الأسلاك الضوئية، وهو أمر ضروري لتوجيه تدفق الضوء وبالتالي المعلومات في الدائرة.
تتغلب المادة الضوئية الجديدة على عيوب التصميمات الطوبولوجية المعاصرة التي قدمت ميزات وتحكمًا أقل مع دعم أطوال انتشار أطول لحزم المعلومات عن طريق تقليل فقد الطاقة.
يتصور الباحثون أن نهج التصميم الجديد الذي قدمته العوازل الطوبولوجية ثنائية الشكل سيؤدي إلى الابتعاد عن تقنيات التعديل التقليدية، مما يجعل تقنية الحوسبة القائمة على الضوء أقرب إلى الواقع.
يمكن أن تؤدي العوازل الطوبولوجية في يوم من الأيام إلى الحوسبة الكمومية حيث يمكن استخدام ميزاتها لحماية وتسخير أجزاء المعلومات الكمومية الهشة، مما يسمح بقدرة معالجة أسرع بمئات الملايين من المرات من أجهزة الكمبيوتر التقليدية الحالية. أكد الباحثون النتائج التي توصلوا إليها باستخدام تقنيات التصوير المتقدمة والمحاكاة العددية.
يقول جورجيوس بيريالاكوس ، باحث ما بعد الدكتوراه في كلية البصريات والضوئيات في UCF والمؤلف الرئيسي للدراسة: “تقدم العوازل الطوبولوجية ثنائية الشكل نقلة نوعية جديدة في تصميم الدوائر الضوئية من خلال تمكين النقل الآمن للحزم الخفيفة بأقل قدر من الخسائر”.
تشمل الخطوات التالية للبحث دمج المواد غير الخطية في الشبكة التي يمكن أن تتيح التحكم النشط في المناطق الطوبولوجية، وبالتالي إنشاء مسارات مخصصة للحزم الضوئية، كما يقول ديميتريوس كريستودوليديس ، الأستاذ في كلية البصريات والضوئيات بجامعة كاليفورنيا، وشارك في الدراسة. مؤلف.
تم تمويل البحث من قبل وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة. مبادرة جامعة متعددة التخصصات لمكتب البحوث البحرية؛ مبادرة الجامعة متعددة التخصصات لمكتب البحث العلمي التابع للقوات الجوية؛ مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية؛ قسم الرياضيات والعلوم الفيزيائية في مؤسسة Simons ؛ مؤسسة WM Keck ؛ مؤسسة العلوم الثنائية بين الولايات المتحدة وإسرائيل؛ مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية؛ the Deutsche Forschungsgemein-schaft ؛ و Alfried Krupp von Bohlen and Halbach Foundation.
شمل مؤلفو الدراسة أيضًا جوليوس بيك، ماتياس هاينريش، ولوكاس ج. ماكزيفسكي من جامعة روستوك. مرسيده خاجفيخان من جامعة جنوب كاليفورنيا؛ وألكسندر سميت من جامعة روستوك.
حصل كريستودوليدس على الدكتوراه في البصريات والضوئيات من جامعة جونز هوبكنز وانضم إلى جامعة كاليفورنيا في عام 2002. وحصل بيريالاكوس على درجة الدكتوراه في البصريات والضوئيات من جامعة أرسطو في ثيسالونيكي باليونان وانضم إلى جامعة كاليفورنيا في عام 2020.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
