کشف جدید در علم پردازش رایانه ها

Zoomit.ir - مهرداد عیسی لو: وقتی صحبت از رایانه‌های نسل آینده می‌شود ناخودآگاه نام رایانه‌های کوانتومی و نوری به ذهن خطور می‌کند. دانشمندان اخیرا ماده‌ای کشف کرده‌اند که می‌تواند زمینه‌ساز تلفیق این دو نوع رایانه شود.


به طور معمول رایانه‌های نسل آینده به دو نوع کوانتومی و نوری تقسیم می‌شوند. رایانه‌های کوانتومی دستگاه‌هایی هستند که در اثر افزوده شدن برهم‌نهی کوانتومی به کدهای باینری از توان پردازشی فوق‌العاده بالایی بهره می‌برند. رایانه‌های نوری نیز دستگاه‌هایی با قابلیت انتقال داده‌ها با سرعت نور و بدون اتلاف انرژی و تولید حرارت هستند.

هر کدام از این دو نوع رایانه به تنهایی می‌تواند در زمینه‌ی رایانش امروزی انقلابی پدید آورد. اما به تازگی دانشمندان در دانشگاه صنعتی سیدنی موفق به کشف ماده‌ای شده‌اند که امکان تلفیق قابلیت‌های این دو نوع رایانه را جهت ساخت ابررایانه‌های فوق‌العاده قدرتمند، فراهم می‌کند.

ماده‌ی یاد شده بور نیترید با ساختار هگزاگونال (شش ضلعی) لایه‌ای نام دارد، ضخامت این ماده مانند گرافین به اندازه‌ی یک اتم است و قابلیت انتشار پالسی از نور کوانتیده شده را در صورت نیاز و در دمای اتاق دارد. وجود چنین قابلیتی در ماده‌ی یاد شده آن را به ابزاری ایده‌آل برای ساخت تراشه‌های کوانتومی نوری بدل کرده است. تا پیش از این برای استفاده از فرستنده‌های کوانتومی در دمای اتاق تنها باید از موادی ۳بعدی با ابعاد بزرگ مانند الماس استفاده می‌شد. بنابراین استفاده از این نوع فرستنده در تراشه‌ها امکان‌پذیر نبود.

مایک فورد، یکی از محققان این تیم تحقیقاتی می‌گوید:

این ماده در نوع خود بسیار منحصر به فرد است. ضخامت آن از مرتبه‌ی اتمی است و عموما از آن به عنوان روان کننده استفاده می‌شود. با این حال با انجام محاسباتی دقیق به این نتیجه رسیدیم که این ماده می‌تواند پالس‌های کوانتیده‌ای از نور (فوتون‌های تکی با قابلیت انتقال اطلاعات) را انتشار دهد. کشف این ماده دستاورد بسیار مهمی به شمار می‌رود چرا که یکی از بزرگ‌ترین اهداف بشر ساخت تراشه‌هایی است که به جای الکترون‌ها از نور برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند، چنین تراشه‌ای علاوه بر آن که نسبت به نمونه‌های موجود بسیار سریع‌تر است، حرارت کمتری را نیز نسبت به آن‌ها تولید خواهد کرد.

اما پالس‌های نوری چگونه در رایانش کوانتومی به کار می‌آیند؟ در یک رایانه‌ی عادی، فوتون‌ها (ذرات نور) با قرارگیری در یکی از دو حالت قطبش عمودی یا افقی، قادر به ذخیره‌سازی اطلاعات در خود خواهند بود. اما فوتون‌ها با قرارگیری در حالت برهم‌نهی (یک حالت منحصربفرد کوانتومی که در طی آن فوتون‌ها به صورت همزمان در هر دو نوع قطبش عمودی و افقی قرار می‌گیرند) می‌توانند به ذرات کوانتومی یا کیوبیت تبدیل شوند. این امر در هر دو زمینه‌ی امنیت و توان پردازشی نکته مهمی محسوب می‌شود.

ایگور آهارونوویچ یکی دیگر از اعضای تیم تحقیقاتی یاد شده می‌گوید:

با استفاده از فوتون‌های تکی می‌توان سیستم‌های ارتباطی بسیار ایمنی را ساخت. هر فوتون را می‌توان به عنوان یک کیوبیت به کار گرفت. اما از آنجا که امکان استراق سمع از فوتون‌های تکی وجود ندارد، بنابراین اطلاعات موجود در آن‌ها ایمن هستند.

اما مهم‌ترین نکته در مورد ماده‌ی کشف شده، ارزان قیمت بودن و سادگی فرآیند ساخت آن است، بنابراین به راحتی می‌توان آن را در مقیاس‌های بزرگتری نیز تولید کرد.

ترونگ توآن ترن، دانشجوی دکتری می‌گوید:

تولید این ماده بسیار ساده است و زیست‌پذیری بسیار بالایی نیز دارد چرا که از آن می‌توان در دمای اتاق استفاده کرد، قیمت پایینی دارد، پایدار است و در مقیاس بسیار بالایی نیز در دسترس است. در نهایت هدف ما ساخت یک دستگاه "Plug and Play" است که در صورت نیاز قادر به تولید فوتون‌های تکی باشد. از این دستگاه در آینده به عنوان نمونه‌ی اولیه‌ای برای فناوری‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر استفاده خواهد شد. این فناوری‌ها راه را برای رایانش کوانتومی به کمک بارون نیترید هگزاگونال هموار خواهند کرد.