اولین تراشه نوآورانه کامپیوتری جهان، داده ها را از طریق امواج صوتی به جای الکترون ها منتقل می کند

کریس یانگ -29 ژوئن 2022 -تراشه ای که امواج صوتی را کنترل می کند. Linbo Shao/Harvard SEAS

یک بیانیه مطبوعاتی نشان می دهد که محققان هاروارد برای اولین بار با استفاده از یک میدان الکتریکی در یک تراشه کامپیوتری،  امواج صوتی را کنترل و هدایت کردند.

پیشرفت جدید می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای برای حوزه‌های محاسبات کوانتومی و همچنین محاسبات کلاسیک داشته باشد، که معمولاً متکی بر داده‌هایی است که با استفاده از الکترون‌ها منتقل می‌شوند.

به طور معمول، تراشه های کامپیوتری کلاسیک داده ها را با تبدیل الکترون ها انتقال و پردازش می کنند. این کار از طریق ترانزیستورهایی انجام می شود که داده ها را به زبان کامپیوتری یک و صفر رمزگذاری می کنند – یکی با جریان زیاد و دیگری با جریان کم نمایش داده می شود.

در همین حال، تراشه‌های فوتونیک، فوتون‌ها – ذرات نور – را قبل از ارسال آنها از طریق اجزایی به نام موجبرها که داده‌ها را منتقل می‌کنند، تبدیل می‌کنند. تراشه موج صوتی تیم هاروارد بیشتر شبیه یک تراشه فوتونیک عمل می کند، هرچند که چند مزیت اضافی به ترکیب اضافه می کند.

امواج صوتی کندتر از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس مشابه هستند. اما به گفته تیم سازنده دستگاه جدید، این لزوما چیز بدی نیست. به این دلیل که امواج صوتی کوتاه به راحتی در ساختارهای نانومقیاس محصور می شوند و برهمکنش قوی با سیستمی که در آن محصور شده اند دارند. این می تواند آنها را برای کاربردهای کلاسیک و کوانتومی بسیار ارزشمند کند.

مارکو لونکار از Tiantsai می‌گوید: امواج صوتی به‌عنوان حامل‌های اطلاعات روی تراشه برای پردازش اطلاعات کوانتومی و کلاسیک امیدوارکننده هستند، اما توسعه مدارهای مجتمع صوتی به دلیل ناتوانی در کنترل امواج صوتی به شیوه‌ای با تلفات کم و مقیاس‌پذیر مختل شده است. لین پروفسور مهندسی برق در SEAS و نویسنده ارشد در مطالعه جدیدی که در Nature Electronics منتشر شده است.

در این کار، ما نشان دادیم که می‌توانیم امواج صوتی را بر روی یک پلت فرم یکپارچه نیوبات لیتیوم کنترل کنیم و ما را یک قدم به یک مدار مجتمع صوتی نزدیک‌تر کنیم.

لونکار و همکارانش از لیتیوم نیوبات برای ساخت یک مدولاتور الکتروآکوستیک روی تراشه استفاده کردند که امواج صوتی روی تراشه را کنترل می کند. مدولاتور یک میدان الکتریکی را برای کنترل فاز، دامنه و فرکانس امواج صوتی اعمال می کند.

لینبو شائو، دانشجوی سابق فارغ التحصیل و دانشجوی فوق دکترا در SEAS و اولین نویسنده مقاله، می گوید: این کار با استفاده از امواج صوتی برای محاسبات کوانتومی و کلاسیک پیشرفت می کند.

وی ادامه داد: دستگاه‌های صوتی قبلی غیرفعال بودند، اما اکنون ما مدولاسیون الکتریکی برای تنظیم فعال دستگاه‌های صوتی را داریم، که قابلیت‌های زیادی را در توسعه آینده پردازش سیگنال مایکروویو با استفاده از این نوع دستگاه‌های صوتی امکان‌پذیر می‌کند.

هدف محققان همچنین ساخت مدارهای موج صوتی و سیستم های کوانتومی پیچیده تر و بزرگتر است. به گفته Shao، کار این تیم “راه را برای دستگاه‌ها و مدارهای مبتنی بر موج صوتی با کارایی بالا برای پردازش سیگنال مایکروویو نسل بعدی و همچنین شبکه‌های کوانتومی روی تراشه و رابط‌هایی که انواع مختلف سیستم‌های کوانتومی را به هم مرتبط می‌کنند هموار می‌کند.”

اگرچه این یک قدم است، اما همه اینها می تواند زودتر از آنچه انتظار می رفت مفید باشد. در اوایل این ماه، شرکت Silicon Quantum Computing مستقر در سیدنی اولین مدار کامپیوتر کوانتومی یکپارچه سیلیکونی ساخته شده در مقیاس اتمی را ساخت. مدت کوتاهی پس از رونمایی، بنیانگذار و مدیر شرکت، میشل سیمون، گفت که محصولات تجاری محاسبات کوانتومی ممکن است حدود پنج سال دیگر در مراحل تکمیلی بماند. در حالی که این به هیچ وجه تضمین شده نیست، ما بدون شک در آستانه انقلاب محاسبات کوانتومی هستیم که بسیار شایع شده است.