تبدیل نور به صوت: تحولی در محاسبات

دانشمندان در سال گذشته قدم بزرگی را در جهت تولید نسل جدید کامپیوترها برداشتند. آن‌ها برای اولین بار، موفق شدند اطلاعات نوری را به  شکل موج‌های صوتی روی یک تراشه‌ کامپیوتری ذخیره کنند، نتیجه‌ای که پژوهشگران آن را با گرفتن برق از صاعقه مقایسه کردند.

شاید کمی عجیب به نظر برسد، اما اگر بخواهیم کامپیوترهای غیربهینه و الکترونیکی فعلی را به کامپیوترهای نوری تبدیل کنیم که داده‌ها را با سرعت نور منتقل می‌کنند، این فناوری به یک ضرورت تبدیل خواهد شد. سرعت راه‌اندازی کامپیوترهای فوتونیک یا نوری، ۲۰ برابر بیشتر از لپ‌تاپ‌های فعلی است، مثل دستگاه‌های کنونی هم تولید حرارت نمی‌کنند و نیازی به انرژی زیاد ندارند. دلیل تئوری این پدیده  می‌تواند پردازش داده‌ها به شکل فوتون به‌جای الکترون باشد. با این که شرکت‌هایی مثل IBM و اینتل به‌دنبال فناوری محاسبات نوری هستند، انجام این محاسبات در تئوری آسان‌تر از عمل ساختن آنها است.

اطلاعات موجود در تراشه‌های کنونی به شکل آکوستیک و با سرعت پنج برابر کندتر از دامنه‌ی اپتیکال به‌حرکت می‌پردازد. تفاوت آن‌ها مثل تفاوت بین صاعقه و رعد و برق است.

در این حالت کامپیوترها از مزیت انتقال داده با سرعت نور برخوردار خواهند بود، افزایش حرارت بر اثر مقاومت الکترونیکی به‌وجود نمی‌آید و هیچ تداخلی هم بر اثر تشعشع الکترومغناطیس وجود نخواهد داشت، از سویی نیز می‌توان سرعت داده‌ها را به اندازه‌ای کند کرد که با تراشه‌های کامپیوتری فعلی سازگار باشد. به‌گفته‌ی یکی از اعضای تیم پژوهشی، موریتز مرکلین:

برای تولید انبوه کامپیوترهای نوری، باید سرعت داده‌های فوتونیک روی تراشه را به‌اندازه‌ای کاهش داد که تراشه قادر به پردازش، مسیریابی، ذخیره‌سازی و دسترسی به آن‌ها باشد.

به‌گفته‌ی بنجامین ایگلتون،  این مرحله در زمینه‌ی پردازش اطلاعات نوری مرحله‌ی بسیار مهمی است، زیرا نتیجه‌ی به‌دست‌آمده می‌تواند تمام نیازهای نسل فعلی و آینده‌ی سیستم‌های ارتباطی نوری را برآورده سازد.

تیم پژوهش با توسعه‌ی یک سیستم حافظه که قادر به انتقال بین موج‌های صوتی و نور در یک میکروتراشه‌ی فوتونیک است، به این هدف دست یافت، این نوع تراشه در کامپیوترهای نوری آینده کاربرد خواهد داشت.

اطلاعات فوتونیک در ابتدا به‌صورت یک پالس نوری (زرد) وارد تراشه می‌شوند، اطلاعات در این تراشه با یک پالس نوشتاری (آبی) واکنش می‌دهند و یک موج آکوستیک را تولید می‌کنند که قادر به ذخیره‌سازی داده است.

یک پالس نوری دیگر به نام پالس قرائت (آبی)، به داده‌های صوتی دسترسی پیدا می‌کند و آن را یک بار دیگر به صورت نور (زرد) ارسال می‌کند. در ادامه نور تنها در ۲ تا ۳ ثانیه بدون تداخل وارد تراشه می‌شود، و به‌شکل موج صوتی ذخیره می‌شود، اطلاعات به‌مدت ۱۰ نانوثانیه روی تراشه باقی می‌مانند، این زمان برای بازیابی و پردازش اطلاعات روی تراشه کافی است.

مرکلین می‌گوید:

ساخت یک بافر آکوستیک داخل تراشه، توانایی کنترل اطلاعات را در دامنه‌های مختلف میسر می‌سازد.

استیلر معتقد است:

سیستم ما محدود به یک پهنای باند باریک نیست. بنابراین برخلاف سیستم‌های گذشته این کار امکان ذخیره‌سازی و بازیابی اطلاعات در طول موج‌های متعدد را به‌صورت همزمان افزایش می‌دهد و بازدهی دستگاه را هم بیشتر خواهد کرد.