پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) موفق به توسعه یک دستگاه نوری خودسازمان‌ده شده‌اند که قادر است مسیر نور را بدون نیاز به سوئیچ یا کنترل دیجیتال به‌صورت طبیعی و بر اساس اصول ترمودینامیک پیدا کند. این نوآوری می‌تواند تحولی اساسی در حوزه‌های انتقال داده، محاسبات و ارتباطات نوری ایجاد کند و بهره‌وری و سادگی فناوری‌های نوری را به‌طور قابل توجهی افزایش دهد.

عبور نور بدون دخالت انسان

محققان بخش مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه USC در مطالعه‌ای که در مجله Nature Photonics منتشر شده، نخستین دستگاه نوری مبتنی بر مفهوم نوظهور ترمودینامیک نوری را معرفی کردند. در این سیستم نور نیازی به هدایت یا تنظیم دستی ندارد و مسیر خود را بر اساس رفتار طبیعی ترمودینامیکی طی می‌کند.

در مقایسه با فناوری‌های مرسوم که برای هدایت نور از آرایه‌های پیچیده‌ای از سوئیچ‌ها و مدار‌های الکترونیکی استفاده می‌کنند، روش USC شبیه به ماز مرمری خودسازمان‌ده است؛ به طوری که بدون دخالت انسان، نور مسیر درست خود را یافته و به خروجی مورد نظر می‌رسد.

راهکاری نوین برای صنعت نوری

این فناوری می‌تواند فراتر از تحقیقات پایه، تأثیرات عملی مهمی داشته باشد. با نزدیک شدن سیستم‌های محاسباتی و داده‌ای به محدودیت‌های فیزیکی سرعت و بهره‌وری الکترونیکی شرکت‌های فناوری مانند NVIDIA به دنبال جایگزین‌های نوری سریع‌تر و کم‌مصرف هستند. استفاده از اصول ترمودینامیک نوری برای هدایت طبیعی نور، مسیر را برای نسل جدیدی از فناوری‌های نوری هموار می‌کند و کاربرد‌های بالقوه‌ای در مخابرات، محاسبات پرقدرت و انتقال داده امن ایجاد می‌کند.

از آشوب تا تعادل نوری

سیستم‌های نوری غیرخطی چند حالته به‌دلیل پیچیدگی ذاتی خود، اغلب غیرقابل پیش‌بینی تلقی می‌شوند. اما محققان USC نشان دادند که نور در این سیستم‌ها فرآیندی مشابه رسیدن گاز‌ها به تعادل حرارتی را طی می‌کند. بر اساس این مشاهدات آنها نظریه جامع ترمودینامیک نوری را ارائه کردند که رفتار نور در شبکه‌های غیرخطی را با استفاده از مفاهیم ترمودینامیکی مانند انبساط، تراکم و گذار فاز توضیح می‌دهد.

دستگاه توسعه یافته توسط تیم USC بر اساس این نظریه طراحی شده و نور به‌صورت خودکار مسیر خود را طی می‌کند. این فرآیند مشابه انبساط ژول-تامسون در گازهاست که طی آن فشار و دما بدون دخالت خارجی به تعادل می‌رسند.

با تبدیل آشوب به پیش‌بینی‌پذیری، ترمودینامیک نوری مسیر طراحی نسل جدیدی از دستگاه‌های فوتونیک را هموار می‌کند که از پیچیدگی سیستم‌های غیرخطی بهره می‌برند، نه آنکه با آن مبارزه کنند. هدیهه دینانی دانشجوی دکترای گروه اپتیک و فوتونیک USC، می‌گوید: فراتر از هدایت نور، این چارچوب می‌تواند رویکرد‌های کاملاً جدیدی برای مدیریت نور ارائه دهد که پیامد‌هایی برای پردازش اطلاعات، ارتباطات و تحقیقات بنیادی فیزیک دارد.

دمتریوس کریستودولیدس، استاد مهندسی برق و کامپیوتر USC و دارنده کرسی استیون و کاترین سمپل افزود: چالش‌هایی که زمانی در اپتیک غیرقابل حل به نظر می‌رسید، اکنون به یک فرآیند طبیعی تبدیل شده است؛ فرآیندی که می‌تواند نحوه طراحی و کنترل نور و سیگنال‌های الکترومغناطیسی توسط مهندسان را متحول کند.

انتهای پیام/