Υπολογιστής με την ταχύτητα του φωτός. Electro-optical device provides solution to faster computing memories and processors

Ο υπολογισμός με την ταχύτητα του φωτός ήταν για δεκαετίες μια δελεαστική αλλά εξαιρετικά αόριστη προοπτική, ωστόσο, πλέον παίρνει σάρκα και οστά στη μικρή πλατφόρμα που ανέπτυξαν οι καινοτόμοι επιστήμονες. Η ανακάλυψή τους ανοίγει τρομακτικές δυνατότητες για την τεχνολογία του μέλλοντος. The first-ever integrated nanoscale device programmable with either photons or electrons has been developed by scientists in Prof Harish Bhaskaran’s research group at the University of Oxford - in collaboration with researchers at the universities of Münster and Exeter. Credit: CC0 Public Domain

Το 1965, ο Γκόρντον Μουρ, ένας από τους ιδρυτές της Intel, παρατήρησε πως ο αριθμός των τρανζίστορ ενός πυκνού ολοκληρωμένου κυκλώματος διπλασιαζόταν κάθε δύο χρόνια και προέβλεψε πως η υπολογιστική ικανότητα θα συνεχίσει να αυξάνεται με αντίστοιχους ρυθμούς – γεγονός που θα έκανε την αύξησή της εκθετική. Η υπερφιλόδοξη πρόβλεψή του μετατράπηκε τελικά σε μια απίθανη πραγματικότητα. Όταν, τρία χρόνια μετά την αποτύπωση του Μουρ, η NASA έστειλε τον πρώτο άνθρωπο στο φεγγάρι, η υπολογιστική ικανότητα ολόκληρου του οργανισμού ήταν μικρότερη από εκείνη που περιέχουν σήμερα τα κινητά τηλέφωνα που κουβαλάμε στις τσέπες μας.

Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια οι ρυθμοί του γνωστού «Νόμου του Μουρ» έχουν πλέον επιβραδυνθεί, και αρκετοί επιστήμονες εικάζουν πως η εκθετική ανάπτυξη της υπολογιστικής ικανότητας ίσως προσεγγίζει το τέλος της.

The team has created a first-of-a-kind electro-optical device that bridges the fields of optical and electronic computing.

Μία ομάδα ερευνητών της μηχανικής νανοκλίμακας από το πανεπιστήμιο της Οξφόρδης έρχεται σήμερα να ανατρέψει αυτή την επιβράδυνση, χάρη σε μία συναρπαστική καινοτομία: την πρώτη νανοσκοπική μνήμη και υπολογιστική πλατφόρμα η οποία λειτουργεί ηλεκτρο-οπτικά. Με άλλα λόγια, οι ερευνητές –οι οποίοι συνεργάστηκαν με τα πανεπιστήμια του Μούνστερ και του Έξετερ– δημιούργησαν το πρώτο υπολογιστικό τσιπ το οποίο λειτουργεί τόσο με ρεύμα όσο και με φως.

Ο υπολογισμός με την ταχύτητα του φωτός ήταν για δεκαετίες μια δελεαστική αλλά εξαιρετικά αόριστη προοπτική, ωστόσο πλέον παίρνει σάρκα και οστά στη μικρή πλατφόρμα που ανέπτυξαν οι καινοτόμοι επιστήμονες. Η ανακάλυψή τους ανοίγει τρομακτικές δυνατότητες για την τεχνολογία του μέλλοντος.

“This is a very promising path forward in computation, especially in fields where high processing efficiency is needed,” states Nikolaos Farmakidis, graduate student at Oxford and co-first author. 

Στην ομάδα των ερευνητών που ενδέχεται να ανατρέψει τα δεδομένα της επιστήμης και της τεχνολογίας βρίσκεται και ένας νέος επιτυχημένος Έλληνας. Ο Νίκος Φαρμακίδης είναι μεταπτυχιακός φοιτητής στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και ένας από τους κεντρικούς συγγραφείς της ανατρεπτικής έρευνας που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances. «Κατασκευάσαμε και δείξαμε πειραματικά ότι μπορούμε να αποθηκεύσουμε δεδομένα και να πραγματοποιήσουμε υπολογισμούς όχι μόνο με ηλεκτρόνια όπως είθισται αλλά και με φωτόνια σε όγκο που δεν ξεπερνά το 1 ατολίτρο», αναφέρει ο ερευνητής. «Η πραγματοποίηση υπολογισμών με την ταχύτητα του φωτός, με ταυτόχρονα τη δυνατότητα ενσωμάτωσης με ολοκληρωμένα ηλεκτρικά κυκλώματα, μπορεί δυνητικά να είναι ο δρόμος για να ξεπεραστούν οι δυσκολίες πάνω στην κατασκευή μικρότερων ημιαγωγών και να παραχθούν υπολογιστές και συσκευές νέας γενιάς με ασύλληπτες δυνατότητες», συμπληρώνει.

Παρότι συναντά κανείς καθημερινά ιστορίες για τις συναρπαστικές ικανότητες των σύγχρονων ρομπότ, η αλήθεια είναι πως ο ενθουσιασμός πολλές φορές νεφελώνει την τεχνολογική πραγματικότητα, η οποία συνεχίζει να είναι περιορισμένη. Σε πολλές περιπτώσεις, οι ανάγκες για τεχνητή νοημοσύνη υψηλής απόδοσης και ταυτόχρονα και χαμηλής ισχύος ξεπερνούν κατά πολύ τις τρέχουσες δυνατότητές μας. Ωστόσο, αν το μικρό τσιπ που πραγματοποιεί υπολογισμούς με την ταχύτητα του φωτός καταφέρει να κλιμακωθεί σε μέγεθος, τότε τα δεδομένα ανατρέπονται με τρόπους που η ανθρώπινη φαντασία δεν μπορεί ακόμα να προβλέψει. Το μόνο σίγουρο είναι πως η υπολογιστική ικανότητα, όχι απλά δεν πλησιάζει στο τέλος της εκθετικής της ανάπτυξης που προέβλεψε πριν από 53 χρόνια ο Μουρ, αλλά ετοιμάζεται να διανύσει ένα αστραπιαίο ταξίδι και να μας προσγειώσει έτη φωτός μπροστά.

Πηγές: "Plasmonic nanogap enhanced phase-change devices with dual electrical-optical functionality" Science Advances (2019). advances.sciencemag.org/content/5/11/eaaw2687 - https://www.exeter.ac.uk/news/research/title_768122_en.html - https://www.kathimerini.gr/1054188/gallery/epikairothta/episthmh/ypologisths-me-thn-taxythta-toy-fwtos