أعلن فريق من العلماء في جامعتي كورنيل وستانفورد الأمريكيتين عن تطوير أول موجّه ضوئي (Waveguide) غير خطي قابل للبرمجة في العالم، وهو اختراق تقني يمكّن الرقاقة الواحدة من أداء مهام متعددة باستخدام الضوء بدل الكهرباء.

نُشرت نتائج هذا البحث الثوري في مجلة Nature العلمية المرموقة.

كيف تعمل الرقاقة الفوتونية الجديدة؟

يُعدّ "الموجّه الضوئي" شريحة دقيقة تتحكم في حركة الضوء بطريقة تشبه تحكم الدوائر الإلكترونية في الكهرباء. داخل هذه الرقاقة، ينتقل الضوء عبر قنوات نانوية ضيقة يمكن تعديل شدتها واتجاهها وشكلها.

في الابتكار الجديد، تم تصنيع القناة الرئيسية من نتريد السيليكون (Silicon Nitride)، ويمكن تعديل خصائصها عبر إسقاط أنماط ضوئية عليها، مما يخلق مناطق قابلة للبرمجة تتفاعل فيها الفوتونات مع بعضها البعض لتغيير خصائصها.

أداء متعدد المهام في رقاقة واحدة

بفضل هذه التقنية المتقدمة، يستطيع المعالج الضوئي تنفيذ وظائف مختلفة على نفس الشريحة بسرعة كبيرة.

يمكنه مثلا:

توليد ومضات ضوئية قصيرة جدا.

مضاعفة تردد الضوء.

إنشاء صور وهولوغرامات ضوئية.

تبديل مهامه أثناء التشغيل في الوقت الفعلي.

خطوة نحو معالجات الضوء متعددة الوظائف

يمثل هذا الاكتشاف نقطة تحول في تصميم الأجهزة الفوتونية غير الخطية، ويفتح الطريق أمام تطوير دوائر بصرية ضخمة، ومحولات تردد كمية قابلة لإعادة التشكيل، ومصادر ضوء مرنة.

فاعلية اقتصادية وتقنية

يوضح ريوتاتسو ياناغيموتو، قائد فريق البحث، أن استخدام الموجّه القابل للبرمجة يقلل من الحاجة إلى مكونات متعددة، مما يوفر المواد والمساحة ويزيد من كفاءة النظام وموثوقيته.

وهذا الأمر مهم جدا في مجال الحوسبة الكمية، حيث يتطلب العمل تحكما بالغ الدقة في الفوتونات. تساعد هذه الرقائق على إنشاء مصادر ضوء كمّي قابلة للضبط ومحولات تردد أكثر فعالية، ما يساهم في تحسين أداء الشبكات الكمية وتسريع عمليات الحوسبة.

آفاق مستقبلية لشبكات 5G و6G

في مجال الاتصالات، تسهم هذه التقنية في تغيير معلمات الإشارات الضوئية بسرعة كبيرة، مما يجعلها ركيزة أساسية لتطوير شبكات الجيل الخامس (5G) والجيل السادس (6G) .

كما يمكن استخدامها في المختبرات لتشكيل أنماط ضوئية معقدة ودراسة ظواهر فيزيائية جديدة.