اگر تا به حال آرزو کرده اید که ای کاش تلفن، کامپیوتر یا اتصال اینترنتی سریع تری داشته باشید، با تجربه شخصی مواجه شده اید که محدودیت های تکنولوژی را به دست آورده اید. اما ممکن است کمکی در راه باشد.

در طول چند دهه گذشته، دانشمندان و مهندسان مثل من برای توسعه ترانزیستورهای سریعتر، قطعات الکترونیکی زیربنای فن آوری های مدرن ارتباطات الکترونیکی و دیجیتالی کار کرده اند. این تلاش ها بر اساس دسته ای از مواد به نام نیمه هادی ها صورت گرفته است که خواص الکتریکی خاصی دارند. سیلیکون شاید شناخته شده ترین نمونه از این نوع مواد باشد.

اما حدود یک دهه پیش، تلاش های علمی به محدودیت سرعت ترانزیستورهای مبتنی بر نیمه هادی رسید. محققان به سادگی نمی توانند باعث شوند که الکترون ها در این مواد با سرعت بیشتری حرکت کنند. یکی از راه‌هایی که مهندسان در تلاش برای رسیدگی به محدودیت‌های سرعت ذاتی در حرکت جریان از طریق سیلیکون هستند، طراحی مدارهای فیزیکی کوتاه‌تر است که اساساً به الکترون‌ها فاصله کمتری برای حرکت می‌دهد. افزایش قدرت محاسباتی یک تراشه به افزایش تعداد ترانزیستورها منجر می شود. با این حال، حتی اگر محققین بتوانند ترانزیستورها را بسیار کوچک کنند، برای پردازش سریعتر و سرعت انتقال داده که افراد و مشاغل به آن نیاز دارند، به اندازه کافی سریع نخواهند بود.

My کار گروه تحقیقاتی با استفاده از پالس های لیزر فوق سریع در فضای آزاد و فیبر نوری، قصد دارد راه های سریع تری برای انتقال داده ها ایجاد کند. نور لیزر از فیبر نوری تقریباً بدون تلفات و با سطح بسیار کم نویز عبور می کند.

در جدیدترین مطالعه ما، منتشر شده در فوریه 2023 در با پیشرفتهای علمی، ما گامی به سوی آن برداشتیم و نشان دادیم که امکان استفاده از آن وجود دارد سیستم های مبتنی بر لیزر مجهز به ترانزیستورهای نوری است که به جای ولتاژ برای حرکت الکترون ها به فوتون ها وابسته هستند و اطلاعات را بسیار سریعتر از سیستم های فعلی انتقال می دهند - و این کار را موثرتر از سوئیچ های نوری قبلا گزارش شده است.

ترانزیستورهای نوری فوق سریع

در اساسی ترین سطح، انتقال دیجیتال شامل یک سیگنال روشن و خاموش می شود تا یک و صفر را نشان دهد. ترانزیستورهای الکترونیکی از ولتاژ برای ارسال این سیگنال استفاده می کنند: هنگامی که ولتاژ باعث می شود الکترون ها در سیستم جریان پیدا کنند، سیگنال 1 را می دهند. هنگامی که هیچ الکترونی در جریان نیست، سیگنال 0 را نشان می دهد. این به یک منبع برای انتشار الکترون ها و یک گیرنده برای شناسایی آنها نیاز دارد.

سیستم انتقال داده های نوری فوق سریع ما بر اساس نور است تا ولتاژ. گروه تحقیقاتی ما یکی از بسیاری از گروه‌هایی است که با ارتباطات نوری در سطح ترانزیستور - بلوک‌های سازنده پردازنده‌های مدرن - برای دور زدن محدودیت‌های فعلی با سیلیکون کار می‌کنند.

سیستم ما نور منعکس شده را برای انتقال اطلاعات کنترل می کند. هنگامی که نور به یک تکه شیشه می تابد، بیشتر آن از آن عبور می کند، اگرچه ممکن است کمی منعکس شود. این همان چیزی است که هنگام رانندگی به سمت نور خورشید یا نگاه کردن از پنجره به عنوان تابش خیره کننده تجربه می کنید.

ما از دو پرتو لیزری استفاده می کنیم که از دو منبع که از یک تکه شیشه عبور می کنند، منتقل می شود. یک پرتو ثابت است، اما انتقال آن از طریق شیشه توسط پرتو دوم کنترل می شود. با استفاده از پرتو دوم برای تغییر خواص شیشه از شفاف به بازتابی، می‌توانیم انتقال پرتو ثابت را شروع و متوقف کنیم و سیگنال نوری را خیلی سریع از حالت روشن به خاموش و دوباره برگردانیم.

با این روش، ما می توانیم خواص شیشه را خیلی سریع تر از سیستم های فعلی که می توانند الکترون ارسال کنند، تغییر دهیم. بنابراین ما می‌توانیم سیگنال‌های روشن و خاموش بیشتری - صفر و یک - را در زمان کمتری ارسال کنیم.

چقدر سریع صحبت می کنیم؟

مطالعه ما اولین گام را برای انتقال داده‌ها 1 میلیون برابر سریع‌تر از زمانی که از وسایل الکترونیکی معمولی استفاده می‌کردیم، برداشت. با الکترون ها، حداکثر سرعت برای انتقال داده ها a است نانو ثانیه، یک میلیاردم ثانیه که بسیار سریع است. اما سوئیچ نوری که ما ساختیم قادر بود داده ها را میلیون ها بار سریعتر منتقل کند که فقط چند صد مورد طول کشید. آتوثانیه.

ما همچنین می‌توانستیم آن سیگنال‌ها را به‌طور ایمن ارسال کنیم تا مهاجمی که سعی در رهگیری یا تغییر پیام‌ها دارد، شکست بخورد یا شناسایی شود.

استفاده از پرتو لیزر برای حمل سیگنال، و تنظیم شدت سیگنال آن با شیشه ای که توسط پرتو لیزر دیگری کنترل می شود، به این معنی است که اطلاعات می توانند نه تنها سریع تر، بلکه مسافت های بسیار بیشتری را نیز طی کنند.

به عنوان مثال، تلسکوپ فضایی جیمز وب اخیرا مخابره شده است تصاویر خیره کننده از دوردست ها در فضا. این تصاویر به عنوان داده از تلسکوپ به ایستگاه پایه روی زمین با سرعت یک "روشن" یا "خاموش" منتقل شدند. هر 35 نانوثانیه با استفاده از ارتباطات نوری

یک سیستم لیزری مانند آنچه که ما در حال توسعه آن هستیم، می‌تواند سرعت انتقال را میلیاردها برابر کند و امکان کاوش سریع‌تر و واضح‌تر در اعماق فضا را فراهم کند و اسرار کیهان را سریع‌تر فاش کند. و روزی کامپیوترها ممکن است روی نور کار کنند.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

اعتبار تصویر: سوئیچ نوری فوق سریع آزمایشگاه نویسنده در عمل. محمد حسن، دانشگاه آریزونا, CC BY-ND

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://singularityhub.com/2023/07/24/the-digital-future-may-rely-on-optical-switches-a-million-times-faster-than-todays-transistors/