تسطع السيليكون مرة أخرى: مقال جديد يكشف عن إمكاناته

الفيزياء الضوئية هي اتجاه يعد بتغيير جذري للتقنيات العالية من خلال استخدام الضوء (الإشعاع تحت الحمراء أو الطيف المرئي) كوسيلة للإشارة. ومع ذلك، غالبًا ما تكون مساحات أنابيب الموجات الضوئية والدوائر المنطقية أكبر بمراحل عدة مقارنةً بالمكونات الإلكترونية المصنوعة من السيليكون ذات المقاييس المتطابقة. هذا يخلق صعوبات كبيرة إذا نظرنا إلى تطبيق الفيزياء الضوئية في الحسابات الثقيلة، مثل تدريب نماذج اللغات الكبيرة (BЯМ). تتطلب الشبكات العصبية العميقة مئات المليارات وحتى تريليونات عمليات ضرب مصفوفة؛ وإذا تم تنفيذ كل عملية ضرب على عقدة فزيائية منفصلة من معالج ضوئي، فإن حجم المعدات المطلوبة سيخالف أي حدود معقولة.

علاوة على ذلك، ستحتاج تصنيع الدوائر الضوئية الكبيرة إلى دورة تقنية كاملة: السيليكون هو مادة تقريبًا مكتملة في الميكروإلكترونيات، لكنه غير مناسب لتنظيم ومعالجة الإشعاع تحت الحمراء بسبب طبيعته غير القطبية. لذلك، حتى أكثر النماذج الأولية للكمبيوترات الضوئية تبقى مكلفة ومكثفة وصعبة الإنتاج.

لماذا لا تزال الفيزياء الضوئية على السيليكون تُثير التفاؤل؟
1. عدم التوافر القوسي للسيليكون
عند انتقال الإلكترون بين الحالة الحرة والحالة التكافؤية مع إصدار فوتون، تحدث خسائر طاقية وزمنية إضافية تجعل الليزر على السيليكون غير فعال للغاية.

2. الحلول المدمجة
لإنشاء الدوائر الكمية الضوئية المتكاملة (КОИС، PIC) يُستخدم تقنية مدمجة: تُصنع أنابيب الموجات والدوائر المنطقية على شرائح سيليكون-على-عازل (SOI)، بينما تُصنع الليزر الصغيرة والنانوية من مواد أكثر ملاءمة ذات قوس مباشر. يؤدي ذلك إلى أن الكويس ليست فقط أكبر من الدوائر المتكاملة التقليدية التي تستخدم الإلكترونات، بل وأيضًا أغلى بكثير في الإنتاج.

3. الحساسية الاقتصادية لنماذج اللغات الكبيرة
تعتمد النماذج الحديثة للغة الكبيرة بشدة على تكلفة "الأجهزة" التي تعمل عليها. عادةً ما تفشل الدوائر المدمجة في منافسة الحلول المتكاملة الأحادية من حيث التكلفة.

4. مشكلة توسيع مواد القوس المباشر
استخدام أشباه الموصلات ذات القوس المباشر لجميع المكونات (أنابيب الموجات، والدوائر، والليزر) كان سيستلزم دورة استثمارية تمتد لعقود في قطاع جديد تمامًا من تقنية المعالجات الدقيقة – ما هو عمليًا مستحيل في الظروف الاقتصادية الكلية الحالية.

لماذا تُعتبر فرع الفيزياء الضوئية على السيليكون واعدًا؟
السيليكون هو العنصر الثاني الأكثر انتشارًا على الأرض، ويستطيع البشر التعامل معه منذ أكثر من نصف قرن. هذا يجعله جذابًا لتطوير تقنيات جديدة:

- البنية التحتية القائمة – ملايين المصانع والمتخصصين ومزودي المكونات.
- إمكانات التكامل – إمكانية دمج الفيزياء الضوئية مع المعالجات السيليكونية الحالية.

في أبريل 2026، قدم باحثون من جامعة كاليفورنيا (لم يُذكر الاسم) نهجًا جديدًا قد يسرع بشكل كبير تطوير الفيزياء الضوئية على السيليكون ويجعله أكثر تنافسية مقارنة بالحلول المدمجة.

النتيجة:
الفيزياء الضوئية تعد بثورة في التقنيات العالية، لكنها لا تزال تواجه حواجز تقنية واقتصادية كبيرة. تبقى الفيزياء الضوئية على السيليكون واحدة من أكثر الطرق الواقعية لتطويرها بفضل البنية التحتية القائمة والخبرة في التعامل مع السيليكون. قد تغير الأبحاث الجديدة في عام 2026 توازن بين الحلول المدمجة والحلول الأحادية، مما يفتح آفاقًا جديدة للحوسبة الضوئية على نطاق واسع.