Αντικείμενο ερευνών για περισσότερους από ογδόντα χρόνια, οι υπολογιστές έχουν έρθει να επαναστατήσουν τη λειτουργία τους με τη νέα προοπτική που προτείνουν οι φυσικοί του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια. Χρησιμοποιώντας φωτόνια για την ενίσχυση της υπολογιστικής αποδοτικότητας, οι επιστήμονες καταφέρνουν να ξεπεράσουν σημαντικούς περιορισμούς της παραδοσιακής ηλεκτρονικής υπολογιστικής.
Ο Li He, συν-συγγραφέας της σχετικής μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, είπε ότι οι ηλεκτρονικές διαδικασίες υπόκεινται σε ελλείψεις λόγω του φορτίου τους, με απώλειες ενέργειας και αντίστασης να είναι χρήσιμα παραδείγματα. Αυτό γίνεται ολοένα και πιο κρίσιμο καθώς οι απαιτήσεις της τεχνητής νοημοσύνης (AI) για ισχυρότερη υπολογιστική υποδομή συνεχώς αυξάνονται.
Η ερευνητική ομάδα του Bo Zhen έχει αναπτύξει εξιτόνια-πολαριτόνια, σωματίδια που προκύπτουν από τη σύζευξη φωτονίων με ηλεκτρόνια σχηματίζοντας ένα λεπτό στρώμα ημιαγωγών. Αυτή η νέα διάσταση επιτρέπει ισχυρές αλληλεπιδράσεις, γεγονός που είναι απαραίτητο για την αποτελεσματική επεξεργασία σήματος, μια διαδικασία που έως τώρα παρουσίαζε δυσκολίες όταν πραγματοποιούνταν μόνο με φωτόνια.
Αυτή η πρόοδος μπορεί να είναι καθοριστική για την τεχνητή νοημοσύνη. Ο Bo Zhen υπογραμμίζει πως, αν και τα φωτονικά τσιπ είναι ικανά να επεξεργάζονται βασικούς υπολογισμούς με τη βοήθεια του φωτός, η ανάγκη μετατροπής των φωτεινών σημάτων σε ηλεκτρονικά αναστέλλει την ταχύτητα απόδοσης.
Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη επιτύχει εναλλαγή πλήρους φωτός, χρησιμοποιώντας εξίτονες-πολαριτόνια με μόλις 4 τρισεκατομμύρια του τζάουλ, η οποία είναι πολύ λιγότερη ενέργεια από εκείνη που απαιτείται για να τροφοδοτήσει έναν μικροσκοπικό LED. Εάν αυτή η τεχνολογία μπορέσει να επεκταθεί, τα φωτονικά τσιπ θα μπορούσαν να επεξεργάζονται δεδομένα απευθείας από κάμερες, μειώνοντας τις ενεργειακές απαιτήσεις της τεχνητής νοημοσύνης.
Αξιοσημείωτο είναι και το γεγονός ότι η έρευνα ενδέχεται να συμβάλλει στην ανάπτυξη κρίσιμων δυνατοτήτων κβαντικών υπολογιστών στους ημιαγωγούς. Ο Bo Zhen είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, και ο Li He, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στην ομάδα του Ζεν, είναι τώρα επίκουρος καθηγητής στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μοντάνα.
Η έρευνα έχει και τη συμμετοχή άλλων επιστημόνων του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια και υποστηρίζεται από το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ και το Ίδρυμα Sloan.
