فريق بحثي يضم عالماً مصرياً يقترب من الحوسبة فائقة السرعة بإنجاز جديد

تمكن فريق بحثي يضم باحثين من جامعة أريزونا الأميركية بقيادة عالم مصري من التوصل لنبضات ضوئية فائقة السرعة يمكن أن تُشغّل الحواسيب بسرعات تفوق أفضل المعالجات الحالية بمليون مرة.

ويقود باحثو جامعة أريزونا العالم المصري محمد حسن، الأستاذ المشارك في الفيزياء والعلوم البصرية بجامعة أريزونا.

وتمكن فريق العلماء من استغلال نبضات ضوئية تدوم أقل من جزء من تريليون من الثانية للتلاعب بالإلكترونات في مادة الغرافين، ومن خلال الاستفادة من ظاهرة "النفق الكمومي"، سجّل العلماء مرور الإلكترونات عبر حاجز مادي بشكل شبه لحظي، وهو إنجاز يُعيد تعريف الحدود المحتملة لقدرات معالجة البيانات في الحواسيب، بحسب ما نشرته جامعة أريزونا.

وسلّطت دراسة نُشرت في دورية نيتشر كوميونيكيشنز (Nature Communications) الضوء على كيف يمكن لهذه التقنية أن تؤدي إلى سرعات معالجة في نطاق "البيتاهيرتز"، أي أسرع بأكثر من 1000 مرة من شرائح الحواسيب الحديثة.

وقال محمد حسن، الحاصل على بكالوريوس والماجستير من جامعة القاهرة في عامي 2003 و2008 على التوالي، إن إرسال البيانات بهذه السرعات من شأنه أن يُحدث ثورة في عالم الحوسبة كما نعرفه. وقد كرّس حسن جزءًا كبيرًا من مسيرته لتطوير تقنيات الحوسبة القائمة على الضوء، وقاد سابقًا جهود تطوير أسرع مجهر إلكتروني في العالم.

وأضاف حسن: "لقد شهدنا قفزة هائلة في تطوير تقنيات مثل برمجيات الذكاء الاصطناعي، لكن سرعة تطوير الأجهزة لا تسير بالسرعة نفسها".

وتابع: "لكن بالاعتماد على اكتشاف الحواسيب الكمومية، يُمكننا تطوير أجهزة تُواكب الثورة الحالية في برمجيات تكنولوجيا المعلومات. ستُسهم الحواسيب فائقة السرعة بشكل كبير في الاكتشافات في أبحاث الفضاء والكيمياء والرعاية الصحية وغيرها".

وعمل حسن في هذا الإنجاز جنبًا إلى جنب مع زملائه من جامعة أريزونا، نيكولاي غولوبيف، أستاذ مساعد في الفيزياء؛ ومحمد سناري، طالب دراسات عليا يدرس البصريات والفيزياء؛ وجليل شاه، باحث ما بعد الدكتوراه في الفيزياء؛ ومينغروي يوان، طالب دراسات عليا في البصريات. وانضم إليهم زملاء من مختبر الدفع النفاث التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ بألمانيا.

وباستخدام ترانزستور ضوئي من الغرافين متوفر تجاريًا تم تعديله بإضافة طبقة خاصة من السيليكون، استخدم الباحثون ليزرًا يعمل بتردد تشغيل وإيقاف يبلغ 638 أتوثانية (واحد كوينتليون من الثانية)، لإنشاء ما وصفه حسن بـ "أسرع ترانزستور كمومي في العالم يعمل بسرعة البيتاهيرتز".

والترانزستور هو مكون إلكتروني أساسي يُستخدم لتنظيم تدفّق التيار الكهربائي في الدوائر الإلكترونية، ويُعد حجر الأساس في كل الأجهزة الإلكترونية الحديثة تقريبًا، من الهواتف المحمولة إلى الحواسيب وأجهزة الراديو.

وقال حسن: "للتوضيح، الأتوثانية الواحدة تعادل واحدًا من كوينتيليون من الثانية"، مضيفًا: "هذا يعني أن هذا الإنجاز يُمثّل قفزة هائلة في تطوير تقنيات الحوسبة فائقة السرعة من خلال جعل ترانزستور يعمل بسرعة البيتاهيرتز حقيقة".

وفي حين أن بعض التطورات العلمية تحدث في ظل ظروف صارمة، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط، فإن هذا الترانزستور الجديد يعمل في ظل ظروف بيئية عادية، مما يفتح المجال لتسويقه تجاريًا واستخدامه في الإلكترونيات اليومية.

ويعمل حسن مع مكتب "Tech Launch Arizona" الذي يتعاون مع الباحثين لتسويق الاختراعات الناتجة عن أبحاث جامعة أريزونا، بهدف تسجيل براءات اختراعها وتسويقها. وبينما استخدم الاختراع الأصلي ليزرًا متخصصًا، يعمل الباحثون على تطوير ترانزستور متوافق مع المعدات المتوفرة تجاريًا.