Calculatoarele care folosesc lumină în loc de electricitate, gata de lansare comercială

Calculatoarele care folosesc fotoni în loc de electroni pentru a prelucra date promit o viteză mai mare și o eficiență energetică superioară, iar această tehnologie se dezvoltă rapid, e arată într-un studiu publicat în revista Nature, sub coordonarea cercetătorilor de la Lightelligence Pte. Ltd, o companie din domeniul calculului optic, creată în 2017 în Singapore.

Astfel de calculatoare, care utilizează lumina în locul electricității pentru a reprezenta și manipula informațiile, ar putea reduce semnificativ consumul de energie al centrelor de date și, în același timp, pot accelera semnificativ viteza cu care sunt efectuate calculele.

Studiul din Nature arată că au fost realizate progrese importante în rezolvarea unor probleme reale cu ajutorul acestor calculatoare optice, ceea ce indică faptul că tehnologia este aproape pregătită pentru aplicare comercială, relatează New Scientist.

Calculatoarele electronice, cele pe care le folosim cu toții azi, au urmat istoric Legea lui Moore: puterea lor s-a dublat la fiecare doi ani. Însă, în ultimii ani, acest progres a încetinit, deoarece miniaturizarea tranzistorilor s-a apropiat de limitele fizice fundamentale.

Cercetătorii explorează mai multe soluții posibile, inclusiv calculul cuantic și calculul fotonic. În timp ce calculatoarele cuantice încă se confruntă cu dificultăți în a deveni cu adevărat utile, calculatoarele fotonice au ajuns la un punct în care designul cipurilor, precum cele prezentate în cele două studii, poate efectua calcule reale.

În plus, aceleași fabrici care produc cipuri din siliciu pentru computerele electronice pot fi folosite și pentru fabricarea cipurilor fotonice.

Avantajele uriașe ale calculatoarelor fotonice

Calculatoarele fotonice oferă avantaje majore față de cele electronice. În primul rând, fotonii se deplasează mai rapid decât electronii într-un circuit, ceea ce ar putea accelera calculele și reduce timpii de așteptare între pașii acestora.

În al doilea rând, fotonii se deplasează fără rezistență și sunt rareori absorbiți de materialul cipurilor, ceea ce înseamnă că pot realiza aceleași sarcini consumând mai puțină energie – spre deosebire de computerele electrice, care necesită sisteme costisitoare de răcire.

Compania Lightelligence arată în studiul său că dispozitivul său, un motor fotonic de calcul aritmetic (PACE), ce combină un cip fotonic cu unul microelectronic, poate rula cu succes probleme de tip Ising, utilizate în logistică și alte domenii.

Între timp, start-up-ul american Lightmatter susține că cipul său, Envise, poate rula modelul de inteligență artificială BERT pentru a genera texte în stilul lui Shakespeare, cu o acuratețe comparabilă cu cea a procesoarelor electronice convenționale. Revista New Scientist nu a reușit să obțină un comentariu de la Lightmatter.

Bo Peng de la Lightelligence afirmă că domeniul este din ce în ce mai aglomerat de start-up-uri și că tehnologia se maturizează rapid. „Suntem, mai mult sau mai puțin, în faza de pre-producție”, spune Peng. „Este mai degrabă un produs real, nu doar o demonstrație de laborator”.

„Avantajul fotonic” și apropierea de piață

Așa cum lumea calculatoarelor cuantice încearcă să demonstreze avantajul cuantic, momentul în care o mașină cuantică oferă ceva imposibil de realizat de un computer clasic, Peng spune că se concentrează pe demonstrarea avantajului fotonic.

Deși nu oferă o estimare exactă pentru când va fi atins acest prag, el afirmă că tehnologia este aproape pregătită pentru aplicații comerciale, cel mai probabil sub forma unui cip fotonic care funcționează alături de cipuri electronice, și nu ca un înlocuitor complet, pentru a prelua sarcini specifice unde poate aduce un plus de performanță.

Un detaliu relevant este că hardware-ul folosit de Lightelligence este construit în format PCI Express, standardul folosit pentru plăcile adiționale în computerele desktop, precum cele grafice. Asta înseamnă că dispozitivul companiei poate fi deja adăugat la orice computer comercial, cu condiția existenței software-ului potrivit pentru comunicare.

Robert Hadfield, de la Universitatea din Glasgow (Marea Britanie), spune că cele două studii demonstrează că „domeniul este în fierbere”. „Suntem aproape de punctul în care industria ar putea considera procesoarele fotonice o alternativă viabilă”, afirmă el pentru New Scientist.

„Este fascinant să vezi cât de mult s-a maturizat această arhitectură. Și vorbim despre cipuri fotonice fabricate în unele dintre cele mai mari fabrici din lume, deci pot fi produse la scară largă.”

Stephen Sweeney, un alt cercetător de la Universitatea din Glasgow, adaugă că deja am văzut extinderea transmisiunii optice de date la scară globală, prin fibra optică, iar acum calculul fotonic este și el aproape. „Fotonica îți permite să faci lucruri cu viteză mai mare și pierderi mai mici decât cu electronica”, spune Sweeney. „Și dacă vrei să faci cantități uriașe de calcule, trebuie să începi să iei în considerare asta”.