پیش به سوی رایانش فوتونی؛ دانشمندان برای نخستین بار میکروچیپ مبدل نور به صدا ساختند

به تازگی گروهی از دانشمندان استرالیایی به کشف مهمی نائل آمدند؛ آنها برای نخستین بار توانستند درون یک ریزتراشه (میکروچیپ) نور را به صدا تبدیل کنند، عملی که می تواند آینده محاسبات و دنیای پردازش را متحول سازد.

همانند هر دستاورد نوین دیگری در حوزه فناوری و فیزیک، زمان زیادی را تا پیاده سازی کاربردی این تکنولوژی در کامپیوترهای واقعی پیش رو داریم، اما «تبدیل نور به صدا» واقعاً به چه معناست؟

برای درک اهمیت این دستاورد، ابتدا لازم است بدانید محققین زیادی تمام عمر خود را به یک هدف ویژه اختصاص داده اند: آنها می خواهند ذرات نور را به همان کاری وادارند که الکترون ها در کامپیوتر انجام می دهند.

اگر کامپیوترها را بتوان با استفاده از ذرات نور یا همان فوتون به کار انداخت، مصرف انرژی و تولید گرمای کمتری خواهند داشت، مزیتی که هم اکنون در فیبرهای نوری برای انتقال داده وجود دارد. مشکل اینجاست که فوتون ها بیش از حد سریع هستند و باید به نحوی از سرعت آنها بکاهیم.

نور و صدا شبیه هم هستند

خوشبختانه نور و صدا شباهت های زیادی دارند و به سادگی می توان آنها را به یکدیگر تبدیل نمود. هر دوی آنها به شکل موج منتقل می شوند، اولی از نوع تابش که از خلاء هم عبور می کند، و دومی به شکل امواج ارتعاشی که ذرات سر راهش را متلاطم می سازد.

نور و صدا دو خصیصه اصلی هم دارند: دامنه (amplitude) که شدت آنها را تعیین می کند، و طول موج یا فاصله میان دو پیک را نشان می دهد. دانشمندان کوچک ترین واحد نور را فوتون می نامند و کوچک ترین واحد ارتعاش یا صدا هم فونون (phono) نام دارد.

نخستین چیپ مبدل نور به صدا که توسط این تیم تحقیقاتی ساخته شده، از مفهومی به نام «پراکندگی بریلوئن» تحریک شده بهره می گیرد. در این حالت دو موج نور، یکی حاوی داده و دیگری در نقش کمکی، از میان نوعی سیم خاص می گذرند که پالس های نور را همانند کابل های فیبر نوری از خود عبور می دهد.

زمانی که این دو موج با یکدیگر برخورد کنند، اطلاعات موجود در میدان الکتریکی موج حاوی داده باعث تحریک مواد اطرافش شده و موج صوتی کوچکی را با ویژگی های متناظر تولید می کند. همچنین می توان با ترکیب این موج صوتی و موج نوری کمکی، موج نور اولیه را بازسازی کرد.

چیپ مورد استفاده توسط محققین استرالیایی در ابعاد یک سکه بوده و سیم مبدل هم حدود یک میکرون ضخامت و 10 سانتیمتر طول دارد. طبق نتایج به دست آمده، موج صوتی حاصل از این آزمایش حدود 5 برابر کندتر از نور حرکت می کند.

روند کند سازی سیگنال یکی از مراحل اساسی در دستیابی به کامپیوترهای فوتونیک به شمار می رود، چون برای همگام سازی شبکه ها و جریان های داده مختلف باید سرعت آنها را کنترل کرد.

دانشمندان پیش از این با استفاده از کابل های فیبر نوری طولانی توانسته بودند امواج نور را به صدا تبدیل کنند، اما اجرای این عملیات در یک چیپ کوچک با هزینه بسیار کمتر، می تواند راه را برای توسعه بیشتر آنها هموار سازد.

در صورتی که این طرح مورد توجه سرمایه گذاران قرار بگیرد، می توان امیدوار بود که در آینده به پردازنده هایی دست یابیم که سرعت بسیار بالاتر و عملکرد بهینه تری را ارائه می دهند.