Phần Lan: Phát minh mới về máy tính dựa trên ánh sáng

Một máy tính sử dụng ánh sáng thay vì điện để truyền và xử lý dữ liệu có thể thực hiện các tác vụ tương tự nhanh hơn và sử dụng ít năng lượng hơn máy tính truyền thống. Theo các nhà khoa học Phần Lan, loại máy tính này có thể thực hiện các phép tính nhanh hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và ít không gian hơn.

Chip máy tính được tạo thành từ hàng triệu hoặc hàng tỷ cổng logic. Các thành phần nhỏ bé này thực hiện các hoạt động cơ bản nhất, chẳng hạn như kiểm tra xem một bit dữ liệu có khớp với một bit khác hay không. Bằng cách kết hợp các cổng này với số lượng lớn, các tác vụ như tải xuống tệp, phát video hoặc chạy trò chơi trên máy tính được quản lý.

Các con chip truyền thống hoạt động bằng cách vận chuyển các electron, nhưng giáo sư Yi Zhang tại Đại học Aalto, Phần Lan và các đồng nghiệp của ông đã thành công trong việc tạo ra các cổng logic quang học thực hiện các chức năng tương tự với ánh sáng.

Máy tính quang học đã được tạo ra trước đây nhưng không thể sử dụng phổ biến do chúng liên quan đến phần cứng phức tạp và chỉ giới hạn trong một số ứng dụng nhất định. Giáo sư Zhang cho biết những cổng mới này có thể được chế tạo từ một lớp tinh thể molybdenum disulphide chỉ dày 0,65 nanomet bằng cách sử dụng các kỹ thuật sản xuất hiện có và chúng có thể được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ phổ quát trong một gói nhỏ.

Vì các photon di chuyển nhanh hơn so với các electron trong mạch, điều này có thể tăng tốc độ tính toán và vì chúng cũng di chuyển mà không có lực cản nên chúng có thể thực hiện cùng một công việc sử dụng ít năng lượng hơn.

Chip lượng tử Sycamore của Google. Ảnh: Genk

Phương pháp của nhóm sử dụng ánh sáng phân cực tròn. Điều này liên quan đến một sóng ánh sáng dường như quay quanh trục di chuyển của nó, quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Một bit truyền thống trong máy tính được tạo thành từ điện tích dương hoặc âm – được biểu thị bằng 0 hoặc 1 – nhưng trong máy tính quang học mới này, các bit được biểu thị bằng ánh sáng phân cực theo chiều kim đồng hồ hoặc ánh sáng phân cực ngược chiều kim đồng hồ.

Trong máy tính quang học, các cổng logic được làm từ vật liệu tinh thể nhạy cảm với hướng quay của các chùm ánh sáng phân cực này. Sử dụng các bộ lọc quang học và các thành phần khác, các cổng này có thể được xây dựng để tái tạo các cổng truyền thống.

Nhóm các nhà khoa học do giáo sư Yi Zhang dẫn đầu đã trình diễn các cổng quang hoạt động tái tạo các cổng truyền thống được gọi là XNOR, NOR, AND, XOR, OR và NAND, tất cả đều thực hiện các hoạt động khác nhau trên dữ liệu. Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các hoạt động này có thể được thực hiện trên dữ liệu song song thay vì theo chuỗi, điều này có khả năng mở đường cho những cải tiến lớn về hiệu quả và tốc độ tính toán.

Giáo sư Zhang cho biết nhóm của ông hy vọng các máy tính toàn quang có thể được sản xuất trong tương lai. Ưu điểm lớn nhất là tốc độ siêu nhanh của chip quang so với chip truyền thống. Ngoài ra, ánh sáng có khả năng xử lý song song và tiêu thụ ít năng lượng hơn, trong khi các thiết bị điện tử tiêu thụ nhiều năng lượng hơn do điện trở.

Theo newscientist