رایانه‌های فوق سریع با قابلیت استفاده در دمای اتاق

استفاده از رايانه در محيط‌هاي بسيار سرد و خشن از جمله اين محدوديت‌ها بوده است كه تاكنون دانشمندان پيشرفت‌هاي چشمگيري درخصوص غلبه بر اين مشكل نداشته‌اند.   بسياري از منتقدان علمي ‌همواره اين پرسش را مطرح مي‌كنند كه چرا دانش بشري همچنان در استفاده از يكي از كاربردي‌ترين يا به عبارتي كاربردي‌ترين فناوري با محدوديت‌هاي مكاني روبه‌روست؟    آنها اين پرسش را نيز مطرح مي‌كنند كه چنين محدوديتي نمي‌تواند دستيابي به ديگر عرصه‌هاي علمي‌ و تحقيقاتي را نيز با كندي همراه كند.   اين نوع انتقادها و پرسش‌هاي بي‌پاسخ، محرك خوبي براي گروه‌هاي مختلفي از دانشمندان در سراسر جهان بوده است تا با اعمال تغييراتي در ساختار رايانه‌ها، ضمن افزايش سرعت و قابليت‌هاي آنها، استفاده از چنين سيستم‌هاي محاسباتي در محيط‌هاي طاقت‌فرسا نظير نقاط بسيار سرد و خشن نيز امكان‌پذير شود.   نكته مهم اين است كه تحقيقات گذشته دانشمندان نشان مي‌دهد طراحي و ساخت نسل مافوق تصور رايانه‌هاي بسيار سريع كه مبتني بر استفاده از مواد بسيار خاصي هستند، تنها در محيط‌هاي بسيار سردي امكان‌پذير است كه تاكنون امكان خلق چنين محيط‌هايي با استفاده از فناوري‌هاي فعلي وجود نداشته است.   امكان دستيابي به محيط‌هاي بسيار سردي كه از بعد نظري مطرح مي‌شود، در آزمايشگاه‌هاي بسيار پيشرفته جهان وجود دارد، اما اين كار با 2 مانع جدي همراه است.   نخست اين‌كه براي خلق چنين دمايي به صرف هزينه‌هاي هنگفتي نياز است و از سوي ديگر صرف چنين هزينه سرسام‌آور در كنار محدوديت مكاني استفاده از آنها، در عمل بهره گرفتن از چنين دمايي براي انجام محاسبات بسيار سريع در نقاط مختلف را غيرممكن كرده است.   نگاهي به عمق اين محدوديت نشان مي‌دهد قطعات به كار گرفته شده در مدارات يك رايانه مهم‌ترين عامل در وجود اين مشكل به حساب مي‌آيد.   گروهي از محققان در دانشگاه كاليفرنيا در سان ديگو اين مشكل را برطرف كرده‌اند. آنها مدارات الكترونيكي بسيار سريعي با استفاده از ذراتي موسوم به اكسيترون ساخته‌اند كه در دماهاي سرد قابل توليد با فناوري‌هاي فعلي كه اتفاقا مقرون به صرفه نيز باشند، عمل مي‌كنند.    با توجه به اين دستاورد اكنون مي‌توان گفت نسل جديدي از رايانه‌هاي بسيار سريع ساخته شده‌اند كه براي استفاده از آنها نيازي به محيط‌هاي بسيار سرد نظير سرماي اعماق فضا نخواهد بود.   اين دستاورد جديد علمي‌ كه به عقيده دانشمندان انقلابي نوين در صنعت رايانه جهان محسوب مي‌شود، به دنبال دستاورد قبلي همين دانشمندان در تابستان سال گذشته ارائه شده است.   در آن زمان آنها مدار مجتمعي متشكل از ترانزيستورهاي رايج در دستگاه‌هاي الكترونيكي ساخته بودند كه استفاده از آن در دماي 5/1 درجه كلوين بالاي صفر مطلق امكان‌پذير است.   اين دما كه معادل منهاي 457 درجه فارنهايت است نه‌تنها پايين‌تر از دماي اعماق سرد و تاريك فضاست، بلكه تنها در آزمايشگاه‌هاي بسيار پيشرفته قابل دستيابي است كه البته اين خود نوعي محدوديت جديد علمي‌ به شمار مي‌آيد.   اما اكنون اين محققان مانع اخير را نيز برداشته‌اند. آنها نسل جديدتري از اين مدارها را ساخته‌اند كه در دماي 125 درجه كلوين كه معادل منهاي 234 درجه فارنهايت است نيز عمل مي‌كنند.   اين دماي سردي است كه اكنون و براحتي با استفاده از نيتروژن مايع نيز قابل دستيابي است. از آن گذشته نيتروژن قيمت چنداني نداشته و از اين‌رو مي‌توان به تحقق ايده ساخت رايانه‌هاي بسيار سريع مبتني بر اكسيترون اميدوار بود.   لئونيد باتوف كه سرپرستي محققان در اين طرح را به عهده دارد، معتقد است: هدف ما خلق دستگاه با بازده كاري بالايي بوده كه مبناي اصلي آن بر اكسيترون باشد و در دماي محيطي نيز بتواند عمل كند.   اكنون مي‌توانيم اميدوار باشيم كه اين فناوري نوين جايگزين دستگاه‌هاي الكترونيكي شوند كه در آنها تعامل و تبادل بالا و سريع حرف اول و آخر را مي‌زند.   البته وي و تيم همراهش معتقدند هنوز ابتداي راه قرار دارند. آنها تاكنون توانسته‌اند اصول اوليه چنين فناوري را به اثبات برسانند و نشان دهند مي‌توان رايانه‌هاي بسيار سريعي نيز ساخت كه براي كار كردن به دماهاي بسيار پايين براي سالم نگاه داشتن قطعات سازنده و مدارات آنها نياز نيست و مي‌توان در محيط معمولي اتاق نيز شاهد محاسبات بسيار سريع رايانه‌اي بود.   اما اكسيترون دقيقا چه ماده‌اي است؟ اكسيترون‌ها جفت‌هايي از الكترون‌هاي داراي بار منفي و حفره‌هاي با بار مثبت هستند كه مي‌توان آنها را با استفاده از نور در نيمه‌هادي نظير آرسنيد گاليوم توليد كرد.   زماني كه الكترون‌ها و حفره‌ها با يكديگر تركيب مي‌شوند، اكسيترون به نوعي تجزيه شده و انرژي خود را در قالب پرتوي از نور آزاد مي‌كند.   اين حقيقت پذيرفته شده علمي ‌كه اكسيترون‌ها مي‌توانند به نور تبديل شوند موجب شده دستگاه‌هايي كه مبتني بر اين ذرات ساخته مي‌شود، عملكرد بسيار سريعي داشته و در عين حال در مقايسه با سيستم‌هاي الكترونيك فعلي از بازده كاري بالاتري نيز برخوردار باشند.   در حال حاضر و در سيستم‌هاي الكترونيكي فعلي، تبادلات نوري مبناي تمام كارهاست. جايي كه از الكترون‌ها براي محاسبات بهره برده مي‌شود و براي استفاده از آنها در دستگاه‌هاي ارتباطاتي بايد آنها را به نور تبديل كرد.   ترانزيستورهايي كه در اين رايانه‌ها به كار گرفته مي‌شوند سيگنال‌ها را با استفاده از اكسيترون مورد پردازش قرار مي‌دهند كه همچون الكترون‌ها مي‌توان آنها را با ولتاژهاي الكتريكي كنترل كرد، اما برخلاف الكترون‌ها در خروجي مدار تبديل به فوتون مي‌شوند.    نكته مهم و متمايزكننده اين فناوري نوين دقيقا در همين جاست، جايي كه الكترون‌ها مستقيم به فوتون تبديل مي‌شوند. تبديل مستقيم الكترون به فوتون اين امكان را فراهم مي‌آورد كه محاسبه و ارتباط را به يكديگر متصل كرد.   چنين ايده‌اي مي‌تواند طراحي و ساخت رايانه‌هاي بسيار سريع را كه بازده كاري قابل توجهي نيز دارند، متحول كند. در گذشته دانشمندان در طراحي چنين رايانه‌هايي با محدوديت‌هاي زيادي روبه‌رو بودند و همواره بايد محيط بسيار سردي را براي استفاده از چنين سيستم‌هايي تهيه مي‌كردند تا انجام محاسبات بسيار سريع لطمه‌اي به مدارات رايانه وارد نسازد، اما اكنون اين مانع بزرگ برطرف شده است.   به عقيده دانشمندان در صورتي كه چنين فناوري‌ بزودي جنبه‌هاي كاربردي پيدا كند مي‌توان اميدوار بود از آن در مأموريت‌ها و طرح‌هاي بزرگي نظير ايستگاه فضايي بين‌المللي و فراتر از آن يعني در مأموريت‌هاي ماه و مريخ استفاده كرد.   از آن گذشته دستيابي به چنين فناوري‌ مي‌تواند خبر خوشحال‌كننده‌اي براي دانشمندان علوم رياضي و فيزيك محض باشد كه در سال‌هاي گذشته محدوديت‌هاي موجود در انجام محاسبات بسيار سريع دست آنها را در ارائه دستاوردهاي نوين علمي‌ كوتاه كرده است. منبع :  Sciencedaily