باحثون يطورون منصة جديدة للحوسبة الضوئية

طور باحثون من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بـ “جامعة هارفارد “، بالتعاون مع باحثين من “جامعة ماكماستر” و”جامعة بيتسبرغ”، منصة جديدة للحوسبة الضوئية، ما يعني أن العمليات الحسابية تتم فقط باستخدام أشعة الضوء.

وقال “أموس ميكس”؛ طالب دراسات عليا وأول مؤلف مشارك في البحث: “معظم العمليات الحسابية تستخدم في الوقت الحالي مواد صلبة، مثل الأسلاك المعدنية وأشباه الموصلات والثنائيات الضوئية لتزجيج الإلكترونيات”.

وأضاف قائلًا: “الفكرة وراء الحوسبة الضوئية هي إزالة تلك المكونات الصلبة والتحكم في الإضاءة بالضوء. تخيل على سبيل المثال، “روبوت” خاليًا من لوحات الدارات الإلكترونية مدفوعًا بأشعة الشمس”.

وتعتمد هذه المنصات على ما يسمى “المواد غير الخطية” التي تغير معامل الانكسار استجابة لشدة الضوء. فعندما يتم تسليط الضوء من خلال هذه المواد، يزداد مؤشر الانكسار في مسار الحزمة ، ما يؤدي إلى إنشاء دليل موجي خاص به. وفي الوقت الحالي، تتطلب معظم المواد غير الخطية أشعة الليزر عالية الطاقة أو يتم تغييرها بشكل دائم من خلال نقل الضوء.

هنا، طوّر الباحثون مادة جديدة قابلة للانعكاس وتقلص في مادة الهيدروجيل تحت طاقة ليزر منخفضة لتغيير معامل الانكسار. وتتكون الهيدروجيل من شبكة بوليمر منتفخة بالماء مثل الإسفنج، وعدد صغير من الجزيئات سريعة الاستجابة والمعروفة باسم “spiropyran”. وعندما يضيء الضوء من خلال الجل تقلص المنطقة الواقعة تحت الضوء كمية صغيرة، مركزة البوليمر وتغيير معامل الانكسار، أما عند إطفاء الضوء يعود الجل إلى حالته الأصلية.

عندما يتم إلقاء حزم متعددة عبر المادة، فإنها تتفاعل وتؤثر في بعضها البعض، حتى على المسافات الكبيرة؛ حيث يمكن لـ Beam A أن تمنع Beam B، وBeam B يمكن أن تمنع Beam A، كلاهما يمكن أن يلغي بعضهما البعض أو كلاهما يمكن أن يمر.

قال “كاليشيلفي سارافاناموتو”؛ أستاذ مشارك في الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية في جامعة ماكماستر، ومؤلف مشارك في الدراسة: “على الرغم من أنها منفصلة، إلا أن العوارض لا تزال ترى بعضها البعض وتتغير نتيجة لذلك؛ لذا يمكننا أن نتخيل على المدى الطويل، تصميم عمليات الحوسبة باستخدام هذه الاستجابة الذكية”.

وذكر”ديريك موريم”؛ المؤلف المشارك وطالب دراسات عليا في “مختبر سارافاناموتو”: “يمكننا أيضًا تصميم مواد مستجيبة للضوء تعمل على تغيير خصائصها البصرية والكيميائية والفيزيائية بشكل معاكس في ظل وجود ضوء، كما يمكننا استخدام هذه التغييرات لإنشاء قنوات للضوء أو عوارض ذاتية المحاصرة يمكنها توجيه الضوء ومعالجته”.

وتابعت “جوان آيزنبرغ”؛ أستاذة علم المواد والمؤلفة الرئيسية المشاركة في الدراسة: “علم المواد يتغير، والمواد ذاتية التنظيم والقابلة للتكيف والقادرة على تحسين خصائصها في الاستجابة للبيئة تحل محل النظير الثابت وغير الفعال للطاقة والمنظم خارجيًا. إن موادنا سريعة الاستجابة التي تتحكم في الضوء بكثافة صغيرة استثنائية تُعد دليلًا آخر على هذه الثورة التكنولوجية الواعدة”.

المصدر: sciencedaily: Researchers develop a new platform for all-optical computing

بعد قراءة الموضوع يمكنك معرفة المزيد عن الكلمات الآتية: