تستخدم أجهزة الحاسوب الضوء بدلًا من الكهرباء لتمثيل البيانات ومعالجتها، ما قد يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة في مراكز البيانات، ويزيد في الوقت نفسه من سرعة العمليات الحسابية. وتصف دراستان نُشرتا اليوم اختراقات في تشغيل مشكلات واقعية على أجهزة حاسوب معتمدة على الضوء، ويقول الباحثون إن هذا يجعل هذه التكنولوجيا على وشك التطبيق التجاري.
تاريخيًا، اتبعت الحواسيب الإلكترونية—مثل تلك التي نستخدمها اليوم—قانون مور: تتضاعف قدرة الأجهزة كل عامين. لكن في السنوات الأخيرة، تباطأ هذا التقدم مع وصول تصغير الترانزستورات إلى حدود فيزيائية أساسية.
يعمل الباحثون على عدة حلول محتملة، من بينها الحوسبة الكمومية والحوسبة الفوتونية. وبينما لا تزال الحوسبة الكمومية تكافح للوصول إلى فائدة حقيقية، فإن الحوسبة الفوتونية قد بلغت الآن مرحلة تُجري فيها التصاميم المعتمدة على الشرائح—مثل تلك الموضحة في الدراستين الجديدتين—عمليات حسابية فعلية. وعلاوة على ذلك، فإن نفس المصانع التي تُنتج رقائق السيليكون لأجهزة الحاسوب الإلكترونية يمكن استخدامها لتصنيع هذه الرقائق الفوتونية.
تاريخيًا، اتبعت الحواسيب الإلكترونية—مثل تلك التي نستخدمها اليوم—قانون مور: تتضاعف قدرة الأجهزة كل عامين. لكن في السنوات الأخيرة، تباطأ هذا التقدم مع وصول تصغير الترانزستورات إلى حدود فيزيائية أساسية.
يعمل الباحثون على عدة حلول محتملة، من بينها الحوسبة الكمومية والحوسبة الفوتونية. وبينما لا تزال الحوسبة الكمومية تكافح للوصول إلى فائدة حقيقية، فإن الحوسبة الفوتونية قد بلغت الآن مرحلة تُجري فيها التصاميم المعتمدة على الشرائح—مثل تلك الموضحة في الدراستين الجديدتين—عمليات حسابية فعلية. وعلاوة على ذلك، فإن نفس المصانع التي تُنتج رقائق السيليكون لأجهزة الحاسوب الإلكترونية يمكن استخدامها لتصنيع هذه الرقائق الفوتونية.
تُوفر الحواسيب الفوتونية مزايا كبيرة مقارنة بالحواسيب الإلكترونية. أولًا، لأن الفوتونات تتحرك أسرع من الإلكترونات في الدارات، فإنها قد تُسرّع العمليات الحسابية وتقلل أيضًا من التوقفات بين كل خطوة حسابية. ثانيًا، لأن الفوتونات تتحرك دون مقاومة ونادرًا ما تُمتص في المادة المصنوعة منها الرقائق، فإنها قد تؤدي نفس الوظيفة باستخدام طاقة أقل من الحواسيب الكهربائية، التي تتطلب تبريدًا كثيف الاستهلاك للطاقة.
تُظهر شركة Lightelligence، ومقرها سنغافورة، في دراستها أن جهازها المسمى "محرك الحوسبة الحسابية الفوتونية" (PACE) الذي يجمع بين شريحة فوتونية وأخرى إلكترونية، يمكنه تنفيذ مشكلات إيزينغ بنجاح، وهي مشكلات تُستخدم في صناعة اللوجستيات وغيرها من المجالات.
في غضون ذلك، تدّعي شركة Lightmatter الأميركية الناشئة أن شريحتها المسماة "Envise" قادرة على تشغيل نموذج الذكاء الاصطناعي BERT لإنشاء نص بأسلوب شكسبيري، بدقة مشابهة لمعالجات الحواسيب الإلكترونية التقليدية. يقول "بو بينغ" من شركة Lightelligence إن المجال يشهد نشاطًا متزايدًا من الشركات الناشئة، وإن التكنولوجيا تنضج بسرعة. ويقول: "نحن تقريبًا في مرحلة ما قبل الإنتاج، إنه أشبه بمنتج فعلي، وليس مجرد عرض تجريبي في المختبر".
وكما يسعى عالم الحوسبة الكمومية إلى إثبات ما يُعرف بـ"التفوق الكمومي"—أي أن تقدم آلة كمومية شيئًا لا تستطيع الحواسيب التقليدية فعله—يقول "بينغ" إنه يُركّز على إثبات "التفوق الفوتوني". ورغم أنه لم يحدد موعدًا لذلك، إلا أنه يقول إن التكنولوجيا قريبة من أن تكون جاهزة للتطبيقات التجارية—على الأرجح على شكل شريحة فوتونية تعمل إلى جانب الشرائح الكهربائية، بدلًا من استبدالها تمامًا، لأداء مهام محددة يمكن أن تقدم فيها أداءً متفوقًا.
ومن اللافت أن العتاد الذي استندت إليه أبحاث شركة Lightelligence مصنوع وفق تنسيق PCI Express، وهو المعيار الخاص بإضافات اللوحة الأم في أجهزة الحاسوب المكتبية، والذي يُستخدم لتركيب بطاقات الرسوميات أو أجهزة أخرى. ويمكن بالفعل تركيب جهاز الشركة على أي حاسوب مكتبي تجاري—مع ضرورة توفر البرنامج المناسب للتواصل معه.
يقول "روبرت هادفيلد" من جامعة غلاسكو في المملكة المتحدة إن الدراستين تُظهران أن "هذا المجال يغلي"، مضيفًا: "نحن قريبون من النقطة التي قد تعتبر فيها الصناعة المعالجات الفوتونية خيارًا واقعيًا. من المثير حقًا رؤية مدى نضج هذا النوع من المعمارية، وهذه رقائق فوتونية صُنعت في إحدى المصانع الرائدة عالميًا، ما يعني أنها قابلة للتوسيع في الإنتاج الكمي".
ويضيف "ستيفن سويني"، من الجامعة ذاتها، أن العالم قد شهد بالفعل الانتقال إلى نقل البيانات الضوئي عبر الألياف الضوئية، وأن الحوسبة الفوتونية تقترب الآن هي الأخرى. ويقول: "تُتيح الفوتونات القيام بأشياء بسرعة أعلى وفقد أقل مما هو ممكن بالإلكترونيات. وإذا كنت بحاجة إلى إجراء كميات ضخمة من العمليات الحسابية، فعليك أن تبدأ في النظر إلى هذا المجال".