גלימה בלתי נראית תסתיר שבבים אופטיים

המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת יוטה הצליחו לפתח מכשיר היעלמות עבור התקנים פוטוניים מיקרוסקופיים – אבני הבניין של שבבי מחשבים פוטוניים שפעילותם מתבססת על אור במקום על זרם חשמלי – זאת במסגרת המאמץ ליצור בעתיד שבבים זעירים, מהירים וחסכוניים יותר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Nature Communications

במסגרת המאמץ המתמשך להפיכתם של שבבי מחשב לקטנים, מהירים וזולים יותר, חוקרים הצליחו ליצור עכשיו מכשיר היעלמות עבור התקנים פוטונים מיקרוסקופיים.

החל מגלימת ההיעלמות של הארי פוטר וכלה במכשיר ההיעלמות הרומולאני שהפך את אניית המלחמה לבלתי נראית בסרט "מסע בין כוכבים", הרעיון הקסום של עצם בלתי נראה התקיים רק במוחם הקודח של סופרי מד"ב. אולם, פרופסור Rajesh Menon וצוות המחקר שלו מהמחלקה להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת יוטה הצליחו לפתח מכשיר היעלמות עבור התקנים פוטוניים מיקרוסקופיים – אבני הבניין של שבבי מחשבים פוטוניים שפעילותם מתבססת על אור במקום על זרם חשמלי – זאת במסגרת המאמץ ליצור בעתיד שבבים זעירים, מהירים וחסכוניים יותר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Nature Communications.

העתיד בתחומי המחשבים, מרכזי נתונים והתקנים ניידים יהיה כרוך בשבבים פוטוניים בהם הנתונים מוזרמים ומעובדים בתור פוטונים של אור במקום אלקטרונים. היתרונות הטמונים בשבבים פוטוניים בהשוואה לשבבים הנפוצים כיום המבוססים על סיליקון הינם מהירות פעילותם והעובדה כי הם ייצרכו פחות חשמל וכתוצאה מכך יתחממו פחות. בכל אחד משבבים אלו יוטמעו מיליארדי התקנים פוטוניים, כל אחד בעל תפקיד מוגדר, בדומה למיליארדי הטרנזיסטורים בעלי התפקידים השונים הנמצאים בשבבי הסיליקון של תקופתנו. למשל, קבוצה אחת של התקנים תבצע חישובים, קבוצה אחרת תבצע פעולות עיבוד וכיו"ב.

הבעיה, מצד שני, טמונה בכך שאם שני התקנים פוטוניים יהיו קרובים מדי זה לזה, הם לא יפעלו כשורה בשל העובדה כי האור עלול "לדלג" בין שניהם ולגרום להפרעות, בדומה להפרעות בתשדורות רדיו. יחד עם זאת, אם נרחיק אותם מספיק זה מזה, נפתור את הבעיה אולם המבנה עצמו יהיה גדול מדי. החוקרים גילו כי ניתן להשתמש במחסום ננומטרי המבוסס על סיליקון בין שני ההתקנים הפוטוניים, מעין מחסום בלתי נראה המונע מהתקן אחד מלהשפיע על השני.

"העיקרון בו אנו משתמשים דומה לגלימת ההיעלמות של הארי פוטר", אמר החוקר הראשי. "כל אלומת אור המגיעה להתקן אחד מנותבת מחדש ומדמה מצב כאילו אין התקן שכן. זה כמו מחסום – הוא דוחף חזרה את האור להתקן המקורי. בזכות גילוי זה, ניתן לגדוש מיליארדי התקנים פוטוניים כאלו בשבב אחד, וכך כל שבב מסוגל לבצע אינספור פונקציות. ולאור העובדה כי שבבים אלו עושים שימוש בפוטונים של אור במקום באלקטרונים לשם העברת נתונים, צריכת החשמל שלהם עשויה להיות פחותה פי 10-100 פעמים, תוצאה שתביא לצמצום התחממות החומרה, יתרון חיוני עבור מרכזי מידע העושים שימוש בכמויות אדירות של חשמל.

החוקרים סבורים כי היישום המידי ביותר של טכנולוגיה זו ועבור שבבים פוטוניים באופן כללי יהיה בצורת מרכזי נתונים כמו אלו המשמשים את האתרים הכבירים כדוגמת גוגל ופייסבוק. לפי מחקר שנעשה על ידי משרד האנרגיה של ארה"ב, מרכזי נתונים בארה"ב צרכו בשנת 2014 כ-70 מיליארדי קילוואט שעות, או שיעור של 1.8 אחוזים מצריכת החשמל הכוללת בארה"ב. יתרה מכך, צריכת האנרגיה צפויה לגאות בארבעה אחוזים נוספים עד לשנת 2020. "על ידי מעבר מאלקטרונים לפוטונים נוכל ליצור מחשבים שיהיו יעילים הרבה יותר, וכתוצאה מכך נצליח להפחית את טביעת הפחמן ולצמצם את צריכת האנרגיה בכל המגזרים", טוען החוקר הראשי.

כיום, התקנים פוטוניים משמשים בעיקר בציוד צבאי, אולם החוקרים צופים כי הם יגיעו לשוק במסחרי, ובעיקר למרכזי נתונים, תוך שנים אחדות.