بقيت صناعة الإلكترونيات معتمدة على ما يطلق عليه «قانون مور»، وهو الذي لا يعد قانوناً على قدر ما يعد بدهية أو مقاربة رصدها العلماء. الفكرة أن هذا القانون يشير إلى إن الأجهزة الإلكترونية تتضاعف في السرعة والمقدرة كل سنتين تقريباً، وبالفعل، تأتي الشركات التكنولوجية كل سنة بأجهزة جديدة وسريعة وأفضل.

إن تكلمنا على وجه التحديد، فقانون مور كما يصيغه مؤسس شركة إنتل هو أن «عدد الترانزوسترات المدمجة في رقاقة تتضاعف تقريباً كل 24 شهراً».

الترانزوسترات والمحولات الكهربية الصغيرة، هي الوحدة الأساسية التي تحرك كل الأجهزة الإلكترونية التي تخطر في بالنا، وكلما أصبحت أصغر، فإنها أيضاً تصبح أسرع، وتستهلك كهرباء أقل في التشغيل.

سقف صناعة الترانزوستر يقترب.. ماذا نفعل؟

هناك حدود لقدرة تصغير الترانزستورات، وقد نصل لنقطة لا نستطيع فيها التصغير أكثر من ذلك، ولا جعلها أقوى ولا أكثر فعالية، إنها صناعة ذات دخل 200 مليار دولار للولايات المتحدة وحدها، فهل يمكن أن تتوقف؟

في الوقت الحاضر، تقوم شركات مثل إنتل بإنتاج كثيف للترانزستورات ذات عرض الـ14 نانومتر، التي تعد أعرض من الحمض النووي بـ14 مرة فقط، وهي مصنوعة من السيلكون، ثاني أكثر المواد شيوعاً على كوكبنا، والحجم الذري للسيلكون يبلغ 0.2 نانومتر، والترانزستورات الآن ذات عرض 70 ذرة سيلكون لهذا فإمكانية التصغير أكثر من ذلك تتضاءل.

تعتمد الترانزستورات حالياً على استخدام الإشارات الكهربائية، أي الإلكترونات التي تتحرك من مكان لآخر، كي تتواصل، لكن، إذا تمكننا من استخدام الضوء، المصنوع من الفوتونات، بدلاً من الكهرباء، فيمكننا جعل الترانزستورات أسرع.

ولهذا عمل هذا الفريق، على إيجاد طرق لدمج المعالجات القائمة على الضوء، مع الرقاقات المتاحة حالياً.

كيف نضع الضوء داخل الرقاقة؟

الترانزستور له 3 أجزاء، تخيلها كأنها أجزاء من كاميرا رقمية.

في البداية تذهب المعلومات إلى العدسة، مثلما يحدث من مصدر الترانزستور، ثم تسافر عبر قناة من مستشعرات الصورة إلى الأسلاك داخل الكاميرا، وأخيراً يتم تخزين المعلومات على بطاقة ذاكرة الكاميرا، والتي تسمى «مصارف» في الترانزستور، حيث تنتهي هذه المعلومات في نهاية المطاف، كل هذا يحدث عن طريق حركة الإلكترونات من مكان لآخر، نحن نريد أن نحرك الفوتونات بدلاً من ذلك.

الجسيمات دون الذرية مثل الإلكترونات والفوتونات تسافر على شكل حركة موجية، متذبذبة صعوداً وهبوطاً، أثناء حركتها في اتجاه واحد، وطول كل موجة يعتمد على ما تسافر خلاله.

في السيلكون، يبلغ الطول الموجي للفوتونات 1.3 ميكرومتر، وهذا صغير جداً، بمعرفة أن الشعرة البشرية نفسها تبلغ 100 ميكرومتر، لكن الإلكترونات في السيلكون أصغر، بأطوال موجية أقصر من الفوتونات بما يتراوح من 50 إلى 1000 مرة.

هذا يعني أن الأجهزة التي تتعامل مع الفوتونات تحتاج أن تكون أكبر من أجهزة التعامل مع الإلكترونات، ما يجبرنا على بناء ترانزستورات أكبر، ومع ذلك، فعلينا أن نبقي الرقاقات في نفس الحجم، ونقدم المزيد من القوة، أو نقلص الرقائق مع تقديم نفس القوة، أو الاثنين.

متى سأحصل على حاسوب يعمل بالضوء؟

أولاً، الرقاقة الضوئية تحتاج مصادر ضوء قليلة، مولدة الفوتونات والتي يمكن توجيهها للرقاقة بعدسات صغيرة ومرايا، وثانيا، الضوء أسرع بكثير من الإلكترونات، فالفوتون يسافر عادة أسرع بـ20 مرة من الإلكترونات في الرقاقة.

هذا يعني أن الحواسيب عندها ستكون أسرع بـ20 مرة، وهو الإنجاز الذي يتوقع أن يستغرق تحقيقه حوالي 15 سنة، وقد أظهر العلماء تقدمهم في الأمر في السنوات الأخيرة، غير أنهم يواجههم تحدي جعل رقائق الضوء تعمل مع رقائق الإلكترونات الحالية، كما إنه ما يزال لدينا الكثير من الوقت قبل أن تظهر حواسيب في الأسواق للمستهلكين، تعتمد على هذه التقنية.