شکل تازه‌ای از محاسبه با استفاده از نور

مفهوم نور انتزاعی (تصویر آرشیوی).
اعتبار: © sanee / Adobe Stock
 

محققان مَکمَستر، یک فرم ساده و کاملاً بدیع محاسبه را با تاباندن نوارهای الگودار نور و سایه از میان وجه های مختلف یک مکعب پلیمری و خواندن نتایج ترکیب شده ای که ظاهر می شوند، توسعه داده اند.
 
ماده‌ی موجود در مکعب، با درک مستقیم، نور را می خواند و به آن عکس العمل نشان می دهد بسیار شبیه به روشی که یک گیاه به سمت خورشید می چرخد یا یک ده پا رنگ پوستش را تغییر دهد. محققان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی در شیمی تحت نظارت کالایچِلوی ساراواناموتو، پروفسور وابسته شیمی و زیست شناسی شیمیایی که آزمایشگاهش بر ایده های الهام گرفته از سیستم های بیولوژیکی طبیعی متمرکز است، هستند.
 
محققان توانستند از فرآیند جدید خود برای اجرای سؤالات ساده‌ی جمع و تفریق استفاده کنند.
 
ساراواناموتو می گوید: "این ها مواد خودگردان هستند که به محرک ها پاسخ می دهند و عملیات هوشمندانه‌ای انجام می دهند." "ما بسیار هیجان زده‌ایم که قادریم جمع و تفریق را به این روش انجام دهیم، و ما به راه هایی برای انجام سایر کارهای محاسباتی فکر می کنیم."
 
کار پژوهشگران که در نشریه ارتباطات طبیعت منتشر شده است، فرم کاملا جدیدی از محاسبه را نشان می دهد، فرمی که آنها می گویند نویدبخش توابع پیچیده و مفیدی است که هنوز باید تصور شوند، و احتمالا در طول ساختارهای شبکه های عصبی سازمان می یابند.
 
شکل محاسبه بسیار متمرکز است، نیازی به منبع قدرت ندارد و به طور کامل در طیف مرئی عمل می کند.
 
این فن آوری بخشی از شاخه ای از شیمی به نام دینامیک غیرخطی است و از موادی استفاده می کند که برای تولید واکنش های خاص به نور طراحی و ساخته شده‌اند.
 
یک محقق، نوارهای راه راه لایه ای نور را از میانِ بالا و وجه های یک پوسته‌ی شیشه ای کوچک دربر دارنده‌ی پلیمرِ کهربا رنگ که خود تقریباً به اندازه‌ی یک تاس است می تاباند. پلیمر به عنوان یک مایع شروع می شود و در واکنش به نور به ژل تبدیل می شود.
 
یک پرتو حامل خنثی از میان مکعب از پشت به سمت یک دوربین که نتایج را می خواند، همان طور که توسط مواد داخل مکعب منکسر می شود، عبور می کند، که مؤلفه های آن به صورت خود به خودی به صورت هزاران رشته شکل می گیرند که به الگوهای نور واکنش نشان می دهند تا الگوی سه بعدی جدیدی را تولید کنند که بیان کننده نتیجه است.
 
مؤلف همکار، فریحا محمود، دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی، می گوید: "ما نمی خواهیم با فناوری های رایانه ای موجود رقابت کنیم." "ما در حال تلاش برای ساخت موادی با پاسخ های هوشمندانه تر و ماهرانه تر هستیم."
 

سوئیچ نوری نانو مقیاس جدید یک قدم به سوی کامپیوترهای مبتنی بر نور است. محققان دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل به نقطه عطف جدیدی در راه محاسبات نوری و یا استفاده از نور به جای برق برای محاسبات رسیده اند. آنها روش جدیدی را برای انتخاب و ارسال نور یک رنگ خاص با استفاده از سیم های طولانی سیلیکونی که چند صد نانومتر (حدود 1000 برابر کوچکتر از موی انسان)  قطر دارند کاوش کردند، و کار آنها نوع جدیدی از «سویچ نوری» نانومقیاس را فعال ساخت که می تواند انتقال یک رنگ نور را در فواصل بسیار طولانی روشن و خاموش کند.
 
مقاله پژوهشی که توسط پروفسور شیمی، جِیمز کاهون، و دانشجوی کارشناسی ارشد، سئوخیانگ کیم، در دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل، همراه با همکارانی در دانشگاه کره، نوشته شده است، در مجله «ارتباطات طبیعت» منتشر شد.
 
فنآوری محاسبات نوری، نوید بخشِ منافع بسیاری است. تعویض الکترونیک با تکنولوژی مبتنی بر نور، به این معنی است که رایانه های آینده زیاد گرم نخواهند شد و خیلی سریعتر کار خواهند کرد.
 
جیمز کاهون، نویسنده ارشد مربوطه و استاد وابسته شیمی در کالج هنر و علوم در دانشگاه کالیفرنیا در چپل هیل، گفت: "در گذشته، روش کنترل شده ای برای ارسال انتخابی نور در سیم های نانومقیاس وجود نداشته است، بنابراین، فناوری نوری یا از ساختارهای بسیار بزرگتری استفاده می کرده است یا در فرایندها بسیاری از نورها را هدر می داد." تعویض الکترونیک با تکنولوژی مبتنی بر نور، به این معنی است که رایانه های آینده زیاد گرم نخواهند شد و خیلی سریعتر کار خواهند کرد. "ما راهی را برای روشن و خاموش کردن انتقال یک رنگ خاص نور پیدا کردیم و این گام مهمی در جهت استفاده مؤثر کنترل شده بیشتر از نور را نشان می دهد که محاسبات نوری را مقدور می سازد."
 
تیم تحقیق، رشد و ظهور نانوسیم کد گذاری شده را از طریق تکنیک VLS و قلم زنی (حکاکی)، که می تواند اشکال پیچیده‌ای در نانوسیم ها ایجاد کند، توسعه داد. سپس آنها انتقال نور انتخابی را از طریق مدولاسیون دقیق قطر با تکنیک حکاکی به دست آوردند. این نخستین گزارش از استفاده مستقیم از یک رزونانس Mie، یک ویژگی پراکندگی نور نانوسیم ها، است برای هدایت نور در یک نانوسیم.
 
این کار، یک گام به جلو برای محاسبات نوری است و پیشرفت های بیشتری را در تکنولوژی مقدور می سازد. یافته های این گروه می تواند اندازه کردن و کوچک سازی اجزای نوری مورد نیاز برای توسعه رایانه های مبتنی بر نور به جای برق را مقدور سازد. با کوچک کردن این اجزا، آنها راحت تر می توانند با اجزای الکترونیکی موجود در رایانه‌ها یکی شوند. علاوه بر این، رنگ نور هدایت شده توسط سیم ها در این مطالعه، حساس است، و با تغییرات محیطی، تغییر رنگ صورت می گیرد. بنابراین، از این ساختار ها می توان به عنوان یک نوع جدید از سنسور استفاده کرد، که در آن رنگ نور هدایت شده محیط سیم را حس می کند.
 
منبع: دانشگاه مکمستر و دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل