სიახლეები
1946 წელს დაიწყო ელექტრონული გამოთვლების ეპოქა, როდესაც J. Presper Eckert-მა და John Mauchly-მ პენსილვანიის უნივერსიტეტში (აშშ) შექმნეს ENIAC - პირველი უნივერსალური ელექტრონული კომპიუტერი. მას შემდეგ დღემდე ყველა პროცესორი მუშაობს ერთი პრინციპით: ინფორმაცია გადააქვთ ელექტრონებს, რომლებიც ტრანზისტორებში მოძრაობენ. თუმცა, გამტარში მოძრაობისას ელექტრონები ენერგიის ნაწილს კარგავენ და სითბოს გამოყოფენ. ჩიპებში ტრანზისტორების სიმჭიდროვე იმდენად გაიზარდა, რომ მათი გაცივება კოლოსალურ ენერგიასა და ხარჯებს მოითხოვს.
ამ პრობლემის გადასაჭრელად მეცნიერებმა ალტერნატივად ფოტონები განიხილეს - უმასო და ელექტრულად ნეიტრალური ინფორმაციის მატარებლები. ფოტონები იდეალურია დიდი მანძილზე მონაცემების სწრაფად გადასაცემად მინიმალური დანაკარგებით.
თუმცა აქ ჩნდება მთავარი პრობლემა: კომპიუტერებს სჭირდებათ ლოგიკური გადამრთველები - ტრანზისტორები, რომლებიც ასრულებენ ოპერაციებს „კი“ ან „არა“ (1 ან 0). ელექტრონები, მუხტის გამო, ადვილად სამართავია: ძაბვის ცვლილებით შესაძლებელია დენის ჩართვა ან გამორთვა. ფოტონების ნეიტრალურობა კი მათ თითქმის უუნაროს ხდის გამოთვლებისთვის აუცილებელი სიგნალების გადართვისთვის, რადგან ისინი გარემოსთან ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებენ.
ჟურნალ Physical Review Letters-ის აპრილის ნომერში გამოქვეყნებულ სტატიაში პენსილვანიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა აღწერეს სინათლის მართვის ახალი მეთოდი, რომელიც ეფუძნება ექსიტონ-პოლარიტონების (exciton-polariton) გამოყენებას. ეს კვაზინაწილაკები მიიღეს ფოტონებისა და ელექტრონული აგზნებების ურთიერთქმედებით ატომურად თხელ ნახევარგამტარში - მოლიბდენის დი-სელენიდში (MoSe₂), რომელიც მოთავსებული იყო ბრტყელ ფოტონურ კრისტალურ ნანო-რეზონატორში.
ნანო-რეზონატორში სინათლისა და ელექტრონების ძლიერი ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება ჰიბრიდული მდგომარეობები - ექსიტონ-პოლარიტონები, რომლებიც აერთიანებენ სინათლის მაღალ სიჩქარესა და ელექტრონებისთვის დამახასიათებელ ძლიერ ურთიერთქმედებას. სწორედ ეს ელექტრონული კომპონენტი უზრუნველყოფს მათ ადვილ მართვას და სიგნალის ეფექტიან გადართვას. შედეგად, მეცნიერებმა მიიღეს ინსტრუმენტი, რომლის საშუალებითაც ერთი სინათლის სხივით შესაძლებელია მეორე სინათლის სხივის მართვა.
ექსპერიმენტების დროს მკვლევრებმა აჩვენეს რეზონატორის სპექტრის სრულად ოპტიკური გადართვა, რისთვისაც მხოლოდ დაახლოებით 4 ფემტო-ჯოული ენერგია დაიხარჯა. ეს მაჩვენებელი რამდენიმე რიგით დაბალია, ვიდრე მსგავსი ორგანზომილებიანი სისტემებისთვის ადრე მიღწეული ზღვარი. გარდა ამისა, გადართვის დრო მხოლოდ რამდენიმე პიკო-წამს შეადგენდა, რაც პროცესის ულტრასწრაფ ბუნებას ადასტურებს.
ამ აღმოჩენას განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს ხელოვნური ინტელექტისთვის, რადგან თანამედროვე ფოტონური ჩიპები ხშირად იძულებულნი არიან სინათლის სიგნალები ისევ ელექტრონულ ფორმატში გადაიყვანონ არაწრფივი აქტივაციის ეტაპების შესასრულებლად - მაგალითად, გადაწყვეტილებების მისაღებად. ასეთი გარდაქმნები მნიშვნელოვნად ამცირებს ოპტიკური გამოთვლების უპირატესობებს: ამცირებს სიჩქარეს და ზრდის ენერგომოხმარებას. ექსიტონ-პოლარიტონებზე დაფუძნებული ახალი პლატფორმა კი საშუალებას იძლევა არაწრფივი ოპერაციები უშუალოდ ოპტიკურ გარემოში შესრულდეს და ამით სისტემის პრობლემები აღმოიფხვრას.
მომავალში ამ ტექნოლოგიამ შესაძლოა გამოიწვიოს ისეთი ფოტონური ჩიპების შექმნა, რომლებიც სიგნალს პირდაპირ ოპტიკური სენსორებიდან დაამუშავებენ, რადიკალურად შეამცირებენ დიდი ნეირონული ქსელების ენერგომოხმარებას და შესაძლოა მოახერხონ კვანტური გამოთვლების ჩატარება პირდაპირ ჩიპებზე.
წყარო:
