Fizikçiler Gelecekteki Hesaplamalarda Devrim Yaratabilecek Yeni Bir Hibrit Işık-Madde Parçacığı Yarattı

Geleceğe güç verme arayışında yeni ufuklar hesaplama Parlak bir fikir öneren araştırmacılara göre ulaşılıyor: ışık bilgisayarlara güç vermek yerine elektronlar.

1940'lı yılların başında geliştirilen en eski modern bilgisayarlardan bu yana, elektronlar teknolojinin arkasındaki itici güç olarak kaldı. Ancak Pensilvanya Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, 21. yüzyıldaki hesaplama taleplerinin bir dizi modern uygulamayla birlikte, bilgisayarların sınırlamalarına değinildiğini söylüyor. elektron bazlı donanım her zamankinden daha önemli hale geliyor.

Elektron güdümlü hesaplamanın en önemli sorunlarından biri modern bilgisayar çiplerinin sınırlamalarıdır. Bu yüklü parçacıklar bu hassas yapıların içinden geçerken elektronik bileşenlerÜrettikleri ısı, değerli enerjinin önemli bir israfıdır.

Buna, son yıllarda kullanımda patlama yaşayan yapay zeka (AI) içeren uygulamalarda bu tür enerji israfının yarattığı başka sorunlar da eklenince, daha fazla enerji verimli hesaplamanın gerekliliği apaçık ortaya çıkıyor.

Işık Temelli Bir Yaklaşım

Şimdi Pensilvanya Üniversitesi'nde Sanat ve Bilim Okulu'ndan fizikçi Bo Zhen liderliğindeki bir araştırma çalışması çok farklı bir yaklaşım benimsiyor: hafif parçacıklar uygulanabilir bir alternatif sunabilir elektron bazlı hesaplama.

Ekibin çalışmasını anlatan Physical Review Letters dergisinde kısa süre önce çıkan yeni makalenin ilk yazarı Li He, fotonların ideal bir alternatif olduğunu söylüyor, çünkü fotonlar "bilgiyi minimum kayıpla uzak mesafelere hızlı bir şekilde taşıyabiliyor ve iletişim teknolojisine hakim olabiliyor."

Zhen Laboratuvarı'nda eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Li, bunun temel nedenlerinden birinin fotonların neredeyse kütlesiz olması ve yüksüz nötr parçacıklar olması gerçeğini içerdiğini söylüyor. Ancak bu, fotonların tarafsızlığının kendine has birkaç sorun yaratmadığı anlamına gelmiyor.

Li geçenlerde "Bu tarafsızlık, çevreleriyle çok az etkileşimde bulundukları anlamına geliyor" dedi ve "bilgisayarların bağlı olduğu sinyal değiştirme mantığında onları kötü kılıyor." Sonuç olarak, ışık, bilgi aktarımı için en uygun ortam olmasına rağmen (elektron tabanlı sistemlere çok etkili bir alternatif sunmanın yanı sıra), elektronların üstün olabileceği bilgi işlemdeki anahtarlama işlemleri türleri söz konusu olduğunda fotonik uygulamalar sınırlıdır.

Yeni Bir Yaklaşım

Eksiton-polaritonlar olarak bilinen, tek bir atomdan daha geniş olmayan, oldukça ince özelliklere sahip, yarı iletken bir malzeme içindeki fotonlar elektronlara bağlandığında oluşan çeşitli parçacıklar olan özel durumla bir çözüm ortaya çıkıyor.

Bu koşullar altında ışık, sinyal değiştirme uygulamaları için daha etkili bir şekilde etkileşime girebilir ve normalde yalnızca elektronların güvenilir bir şekilde gerçekleştirebileceği türden hesaplama görevlerine olanak tanır; bu, genellikle büyük enerji tüketicileri olan yapay zeka sistemleri söz konusu olduğunda çok önemli bir özelliktir.

Aslına bakılırsa, yüksek hızlı hesaplamalara olanak tanıyan yapay zeka sistemlerinde halihazırda kullanılan birkaç ışık tabanlı teknoloji var, ancak bunların çalışabilmesi için karar tabanlı işlevleri ve ışık tabanlı sinyallerin tekrar elektriksel sinyallere dönüştürüldüğü diğer doğrusal olmayan aktivasyon görevlerini yerine getirmesi gerekiyor.

Bu dönüşümün sonucu, tüm sürecin çok daha yavaşlaması ve genel enerji kullanımının artmasıdır; bu da mevcut fotonik sistemlerin faydasını etkili bir şekilde ortadan kaldırır ve enerji israfına katkıda bulunur.

Pensilvanya ekibi, eksiton-polaritonların, atomik olarak ince malzemeler kullanılarak tamamen ışık bazlı geçiş yapıldığını gösteren ve bir joule enerjinin 4 katrilyonda küçücük bir enerji harcamasına yol açan testleriyle kanıtlandığı gibi, eksiton-polaritonların bu durumun üstesinden gelmeye yardımcı olabileceğini söylüyor.

Ekip daha sonra teknolojinin pratik kullanım için ölçeklendirilmesi gerektiğini söylüyor. Bununla birlikte, eğer bu başarılabilirse, fotonik çip işleme, kameralar, yapay zeka sistemleri ve nihayetinde kuantum hesaplama sistemlerinin arkasındaki itici güç haline gelebilecek gelecekteki çip teknolojileri gibi bir dizi teknolojide ve tüketici düzeyindeki cihazlarda potansiyel olarak devrim yaratabilir.

Ekibin araştırması ABD Deniz Araştırmaları Ofisi ve Sloan Vakfı tarafından desteklendi ve yeni bir makalede ayrıntılı olarak açıklanmıştır"Kapı Ayarlı Tek Katmanlı Yarı İletkenlerde Kesinlikle Doğrusal Olmayan Nano Boşluk Eksiton Polaritonları", Fiziksel İnceleme Mektupları.

Micah Hanks, The Debrief'in Genel Yayın Yönetmeni ve Kurucu Ortağıdır. Uzay ve astronomi odaklı bilim, savunma ve teknoloji üzerine uzun süredir muhabirlik yapan kendisine şu adresten ulaşılabilir: [email protected]. Onu X'te takip et @MicahHanksve micahhanks.com.