جهش تازه به‌سوی ابررایانه‌های نوری

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، پژوهشگران دانشگاه نیویورک از کشف نسل تازه‌ای از مواد مهندسی‌شده با نام «ژیرومورف» خبر داده‌اند؛ موادی که می‌توانند نور را از همه جهات به‌طور کامل مسدود کنند و یکی از بزرگ‌ترین موانع توسعه رایانش نوری را از میان بردارند. این دستاورد که در نشریه Physical Review Letters منتشر شده، افق تازه‌ای را پیش‌روی ساخت رایانه‌هایی قرار می‌دهد که به‌جای جریان الکتریکی، با فوتون‌ها کار می‌کنند.

رایانش نوری سال‌هاست به‌عنوان راهکاری برای افزایش چشمگیر سرعت و بازده پردازش داده‌ها مطرح است، فوتون‌ها گرما تولید نمی‌کنند و می‌توانند اطلاعات را با سرعت نور جابه‌جا کنند، اما کنترل آن‌ها در ابعاد بسیار کوچکِ تراشه‌های رایانه‌ای همچنان چالشی جدی است، برای حفظ کیفیت سیگنال، این سامانه‌ها به موادی نیاز دارند که مانع نفوذ نور ناخواسته از هر جهت شوند؛ موادی که در فیزیک با عنوان «باندگپ ایزوتروپیک» شناخته می‌شوند.

بر اساس این پژوهش، ژیرومورف‌ها ترکیبی بی‌سابقه از نظم و بی‌نظمی را در خود دارند؛ آن‌ها در مقیاس کوچک، رفتاری شبیه مایعات و ساختاری نامنظم دارند، اما در مقیاس بزرگ، الگوهایی منظم و قابل پیش‌بینی شکل می‌دهند، همین هم‌زیستی متضاد موجب می‌شود این مواد، نور را بسیار مؤثرتر از ساختارهای شناخته‌شده پیشین (از جمله شبه‌بلورها) مسدود کنند.

تا پیش از این، شبه‌بلورها یکی از امیدهای اصلی برای طراحی چنین موادی بودند، اما محدودیت مهمی داشتند: یا نور را به‌طور کامل مسدود می‌کردند، اما فقط از برخی جهت‌ها، یا از همه جهت‌ها آن را تضعیف می‌کردند، بی‌آنکه بتوانند به طور کامل جلوی عبور آن را بگیرند، ژیرومورف‌ها این بن‌بست را می‌شکنند و برای نخستین‌بار مسدودسازی کامل نور از همه زوایا را ممکن می‌سازند.

دانشمندان برای ساخت این مواد از مفهوم «فرامواد» بهره برده‌اند؛ موادی که ویژگی‌هایشان نه از ترکیب شیمیایی، بلکه از معماری درونی‌شان ناشی می‌شود، تیم تحقیق با طراحی یک الگوریتم جدید، نوعی «بی‌نظمی هم‌بسته» ایجاد کرده که میان نظم کامل و آشفتگی تصادفی قرار می‌گیرد و عملکرد نوری بی‌سابقه‌ای ارائه می‌دهد.

به گفته پژوهشگران، ژیرومورف‌ها می‌توانند نقش کلیدی در نسل بعدی تراشه‌های فوتونیک ایفا کنند؛ جایی که کوچک‌ترین اتلاف نور، به افت شدید کارایی می‌انجامد. فراتر از رایانش نوری، این مواد می‌توانند در حسگرهای پیشرفته، ارتباطات نوری و حتی سامانه‌های دفاعی کاربرد داشته باشند، این کشف نشان می‌دهد که آینده محاسبات پرسرعت، شاید نه در سیلیکون‌های مرسوم، بلکه در مواد عجیبی نهفته باشد که مرز میان نظم و بی‌نظمی را از نو تعریف می‌کنند.