Optik bilgi işlem, hesaplama hakkındaki düşüncelerimizi değiştirme potansiyeline sahip devrim niteliğinde bir teknolojidir. Hesaplamaları gerçekleştirmek için elektrik sinyallerini kullanan geleneksel bilgisayarların aksine, optik bilgi işlem ışığı kullanır. Bu, çok daha yüksek veri işleme sıklığına izin vererek, büyük ve karmaşık hesaplamaların inanılmaz yüksek hızlarda yapılmasını mümkün kılar.

Optik hesaplamanın arkasındaki temel teknolojilerden biri, hesaplamaları elektronlar yerine fotonları kullanarak yapan fotonik hesaplamadır. Fotonlar çok çeşitli görevleri yerine getirmek için kolayca manipüle edilebildiğinden ve kontrol edilebildiğinden, bu, hesaplamaya daha verimli ve sentetik bir yaklaşım sağlar.

Optik bilgi işlem alanındaki bir diğer önemli teknoloji, entegre fotoniktir. Bu, fotonik bileşenlerin tek bir kompakt cihaza entegrasyonu anlamına gelir ve hesaplamaya daha verimli ve ölçeklenebilir bir yaklaşım sağlar.

Genel olarak, bu teknolojilerin kullanımı, hesaplama ve veri işleme hakkında düşünme şeklimizde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Optik bilgi işlem ile, şu anda en gelişmiş bilgisayarların bile kapasitesinin ötesinde olan sorunları günümüz teknolojileriyle hayal bile edilemeyecek hızlarda çözebiliyoruz.

Araştırmacılar, geleneksel bilgisayar işlemcilerinde bulunan geleneksel elektronik mantık kapılarından bir milyon kat daha hızlı olan ışık tabanlı mantık kapılarını çalıştırmanın bir yolunu keşfettiler. Boole işlevlerinden oluşan ve ikili rutinleri çalıştıran bu mantık kapıları, tipik olarak elektronik olarak çalıştırılır. Bununla birlikte, yeni yöntem, aynı işlevleri yerine getirmek için ışığı kullanır ve bu da önemli ölçüde daha yüksek işlem hızlarına yol açar.

Bu, AALTO Üniversitesi'nde yapılan bir çalışmada bulundu ve Science Advances dergisinde yayınlanan.

Optik hesaplama nedir?

Fotonik bilgisayar olarak da bilinen optik bilgisayar, elektrik akımı yerine görünür ışıkta veya kızılötesi (IR) ışınlarda fotonlar kullanarak dijital hesaplamalar yapan bir cihazdır. Bir elektrik akımının hızı, ışık hızının sadece %10'u kadardır. Optik fiberin gelişmesine yol açan nedenlerden biri, verilerin uzun mesafelerde iletilebilme hızındaki kısıtlamaydı. Geleneksel bir elektronik bilgisayardan on veya daha fazla kat daha hızlı işlem yapabilen bir bilgisayar, bir gün cihaz ve bileşen boyutunda görünür ve/veya IR ağların bazı faydalarını uygulayarak oluşturulabilir.

Elektrik akımlarının aksine, görünür ve kızılötesi ışınlar etkileşim olmadan birbiri üzerinden akar. Temelde iki boyutla sınırlandırıldıklarında bile, birçok (veya birçok) lazer ışını, yolları kesişecek şekilde parlatılabilir, ancak ışınlar arasında herhangi bir girişim olmaz. Üç boyutlu kablolama önemlidir, çünkü elektrik akımları birbirinin etrafında yönlendirilmelidir. Sonuç olarak, bir optik bilgisayar, elektronik bir bilgisayardan önemli ölçüde daha hızlı olmasının yanı sıra daha küçük olabilir.

Bazı mühendisler gelecekte optik hesaplamanın yaygınlaşacağını tahmin etse de, çoğu uzman değişikliklerin belirli nişlerde kademeli olarak gerçekleşeceği konusunda hemfikir. Geliştirilen ve üretilen bazı optik entegre devreler vardır. (Biraz büyük olsa da tam özellikli en az bir bilgisayarın yapımında optik devreler kullanılmıştır.) Görüntüyü voksellere bölerek, üç boyutlu, tam hareketli bir video bir fiber ağ aracılığıyla yayınlanabilir. Bazı optik cihazları kontrol etmek için kullanılan veri darbeleri, görünür ışık veya kızılötesi dalgalar olsa da, elektronik akımlar yine de bunları çalıştırabilir.

Fiber optik veri aktarımının zaten yaygın olduğu dijital iletişim, optik teknolojinin en çok ilerlediği yerdir. Nihai hedef, her kaynağın ve hedefin yalnızca görünür ve kızılötesi fotonlarla bağlandığı sözde fotonik ağdır. Lazer yazıcılar, fotokopi makineleri, tarayıcılar ve CD-ROM sürücüleri ve akrabalarının tümü optik teknolojiyi kullanır. Bununla birlikte, bu cihazların tümü, bir dereceye kadar sıradan elektronik devrelere ve parçalara dayanmaktadır; hiçbiri tamamen optik değildir.

Optik hesaplama nasıl çalışır?

Optik hesaplama, hesaplamaları gerçekleştirmek için mantık kapıları ve ikili rutinler kullanması bakımından geleneksel hesaplamaya benzer. Ancak, bu hesaplamaların yapılma şekli farklıdır. Optik hesaplamada, fotonlar LED'ler, lazerler ve diğer cihazlar tarafından üretilir ve geleneksel hesaplamadaki elektronlara benzer şekilde verileri kodlamak için kullanılır. Fotonlar çok çeşitli görevleri gerçekleştirmek için kolayca manipüle edilebildiğinden ve kontrol edilebildiğinden, bu çok daha hızlı ve daha verimli hesaplamaya olanak tanır.

IIoT ve uç bilgi işlem birçok sektörde ilgi görüyor

Nihai hedefi bir optik bilgisayar geliştirmek olan optik transistörlerin tasarımı ve uygulanmasına odaklanan çalışmalar bulunmaktadır. Bir ışık huzmesi, 90 derece dönen bir polarize ekran tarafından etkili bir şekilde engellenebilir. Polarizör olarak çalışma kapasitesine sahip dielektrik bileşenler, optik transistörler oluşturmak için de kullanılır. Bazı teknik zorluklara rağmen, optik mantık kapıları temelde mümkündür. Doğru mantıksal sonuçları sağlayacak tek bir kontrol ve çok sayıda ışından oluşacaklardı.

Geleneksel elektronik bilgisayarların en büyük avantajlarından biri, elektronların hareketini yönlendirmek ve kontrol etmek için silikon kanalların ve bakır tellerin kullanılabilmesidir. Bu verimli ve güvenilir hesaplama sağlar.

Optik hesaplamada, plazmonik nanopartiküller kullanılarak benzer bir etki elde edilebilir. Bu parçacıklar, fotonların hareketini yönlendirebilir ve kontrol edebilir, önemli bir güç kaybı veya elektronlara dönüşüm olmadan köşeleri dönmelerine ve yollarına devam etmelerine olanak tanır. Bu, kompakt ve verimli optik bilgi işlem cihazları oluşturmayı mümkün kılar.

Bir optik çipin çoğu parçası, bilgiyi işlemek ve dönüştürmek için elektronların kullanıldığı geleneksel bir bilgisayar çipine benzer. Ancak, çipin farklı alanları arasında bilgi alışverişi için kullanılan ara bağlantılar önemli ölçüde değiştirildi.

Optik hesaplamada, bilgi aktarımı için elektronlar yerine ışık kullanılır. Bunun nedeni, ışığın kolayca kontrol altına alınabilmesi ve seyahat sırasında daha az bilgi kaybı avantajına sahip olmasıdır. Bu, özellikle ara bağlantıların ısınarak elektronların hareketini yavaşlatabileceği durumlarda kullanışlıdır. Bilgi mekiği için ışığı kullanarak, daha hızlı ve daha verimli optik bilgi işlem cihazları oluşturmak mümkündür.

Araştırmacılar, optik bilgi işlemde bilgi aktarımı için ışığın kullanılmasının, büyük ölçekli bilgisayarların geliştirilmesine yol açacağını umuyorlar. Exascale bilgisayarlar, saniyede milyarlarca hesaplama yapabilir, bu da mevcut en hızlı sistemlerden 1000 kat daha hızlıdır. Işığı iletişim için kullanarak, daha güçlü ve verimli bilgi işlem cihazlarıyla sonuçlanan bu işlem hızı seviyesine ulaşmak mümkündür.

Optik hesaplamanın avantajları ve dezavantajları

Optik hesaplamanın avantajları şunlardır:

• Hızlı yoğunluk, küçük boyut, minimum bağlantı ısıtma, yüksek hız, dinamik ölçekleme ve daha küçük/daha büyük ağlara/topolojilere yeniden yapılandırılabilirlik, geniş paralel bilgi işlem yeteneği ve yapay zeka uygulamaları, optik bilgisayarların başlıca avantajlarından yalnızca birkaçıdır.
• Optik ara bağlantıların hıza ek olarak çeşitli faydaları vardır. Elektriksel kısa devrelere eğilimli değildirler ve elektromanyetik girişime karşı bağışıklıdırlar.
• Düşük kayıplı iletim ve çok fazla bant genişliği sağlayarak birden fazla kanalın aynı anda iletişim kurmasını sağlarlar.
• Optik bileşenler üzerinde veri işleme, elektronik bileşenler üzerinde veri işlemeye göre daha ucuz ve daha basittir.
• Fotonlar, yüklü olmadıkları için birbirleriyle elektronlar kadar hızlı etkileşime girmezler. Bu, ek bir fayda sağlar çünkü tam çift yönlü çalışma, ışık huzmelerinin birbiri üzerinden geçmesine izin verir.
• Manyetik malzemelerle karşılaştırıldığında, optik malzemeler daha erişilebilir ve daha yüksek depolama yoğunluğuna sahiptir.

Optik hesaplamanın dezavantajları şunlardır:

• Fotonik kristaller geliştirmek zordur.
• Birkaç sinyalin etkileşimi nedeniyle, hesaplama karmaşık bir süreçtir.
• Mevcut optik bilgisayar prototipleri boyut olarak oldukça hantaldır. 

Optik hesaplama ve kuantum hesaplama

Optik bilgi işlem ve kuantum bilgi işlem, hesaplama ve veri işleme konusundaki düşünce biçimimizde devrim yaratma potansiyeline sahip iki farklı teknolojidir.

Optik bilgi işlem, hesaplamaları ve veri işleme görevlerini gerçekleştirmek için ışığı kullanırken, kuantum bilgi işlem, hesaplamaları gerçekleştirmek için kuantum mekaniğinin ilkelerini kullanır.

Qudi bilgisayarlar ikili sistemi aşarak sonsuz olasılıklar açar

İki teknoloji arasındaki en önemli farklardan biri, hesaplamaları gerçekleştirme hızlarıdır. Optik bilgi işlem, geleneksel elektronik bilgi işlemden çok daha yüksek hızlarda çalışabilir ve ayrıca bazı durumlarda kuantum bilgi işlemden daha hızlıdır. Bunun nedeni, optik hesaplamada kullanılan ışık parçacıkları olan fotonların çok çeşitli görevleri gerçekleştirmek için kolayca manipüle edilebilmesi ve kontrol edilebilmesidir.

Öte yandan, kuantum hesaplama, şu anda en gelişmiş bilgisayarların bile yeteneklerinin ötesinde olan belirli sorunları çözme potansiyeline sahiptir. Bunun nedeni, hesaplamaları gerçekleştirmek için kullanılabilecek oldukça karmaşık ve dolaşık durumların yaratılmasına izin veren kuantum mekaniğinin benzersiz özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

Genel olarak, hem optik hesaplama hem de kuantum hesaplama, hesaplama ve veri işleme alanında devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Farklı güçlere ve sınırlamalara sahip olsalar da, her iki teknoloji de karmaşık sorunları çözmek ve dünyayı anlayışımızı ilerletmek için heyecan verici yeni olanaklar sunuyor.

Optik bilgi işlem şirketleri

Daha fazlasını öğrenmekle ilgileniyorsanız, piyasadaki en iyi kuantum bilişim şirketlerinin en kapsamlı listesini bir araya getirdik!

Xanadu Kuantum Teknolojileri

Kanadalı teknoloji şirketi Xanadu Kuantum Teknolojileri fotonik kuantum bilgi işlem donanımının önemli bir tedarikçisidir.

2016 yılında CEO Christian Weedbrook tarafından kurulan bir şirket olan Xanadu'nun hedefi, herkesin erişebileceği ve yararlanabileceği kuantum bilgisayarlar yaratmaktır. Şirket, bu amaca ulaşmak için tam kapsamlı bir strateji benimsemiştir ve donanım, yazılım geliştirir ve seçilmiş ortaklarla en ileri araştırmaları yürütür.

Strawberry Fields uygulama kitaplığı ve Xanadu Quantum Cloud (XQC) hizmetinin yardımıyla işletmeler ve akademisyenler artık Xanadu'nun fotonik kuantum bilgisayarlarını kullanmaya başlayabilir.

Kuantum araştırmacıları ve geliştiricileri arasında önde gelen bir yazılım kitaplığı haline gelen açık kaynaklı bir proje olan PennyLane'in yaratılmasıyla, iş aynı zamanda kuantum makine öğrenimi (QML) alanını da geliştiriyor.

psikuantum

Hedefi psikuantum, bir grup kuantum fizikçisi, yarı iletken, sistem ve yazılım mühendisleri, sistem mimarları ve diğerleri, hata düzeltme için gereken ölçekte teknik faydalar sunduğunu düşündükleri için fotonik yaklaşımı kullanarak ilk kullanışlı kuantum bilgisayarını yaratmaktır. 1 milyon kübit kuantum bilgisayara odaklanarak medyanın ilgisini çektiler.

PsiQuantum, 2015 yılında Jeremy O'Brien, Terry Rudolph, Pete Shadbolt ve Mark Thompson tarafından kurulmuştur ve genel merkezi teknoloji inovasyonunun merkez üssü Silikon Vadisi'nde bulunmaktadır.

ORCA Bilişim

Oxford Üniversitesi'nde Profesör Ian Walmsley'in Ultra-hızlı ve Doğrusal Olmayan Kuantum Optik Grubunun araştırmasına dayanarak, ORCA yetenekli bilim adamları ve iş adamları tarafından Londra'da kuruldu. Gruptaki Ian Walmsley, Josh Nunn ve Kris Kaczmarek, "kısa süreli" kuantum belleklerin fotonik etkinlikleri senkronize edebileceğini ve kuantum hesaplamayı gerçekten ölçeklenebilir hale getirebileceğini fark ettiler.

ORCA, bu fazlalık sorununu çözmek için ORCA kuantum belleğinden yararlanarak, rakip yöntemlerin ciddi ödünleşimleri olmadan kuantum fotoniğinin potansiyelini ortaya çıkarır.

ORCA, 2019 yılında Ian Walmsley, Richard Murray, Josh Nunn ve Cristina Escoda tarafından kurulmuştur ve merkezi Londra'dadır.

kandela

adlı yeni bir şirket kandela kendini fotonik, kuantum bilgisayarları ve kuantum bilgisi araştırmaları için fonksiyonel cihazların yaratılmasına adamıştır.

Ayırt edici katı hal kuantum ışık kaynakları oluşturur. Bu kaynaklar kullanılarak ışığın manipülasyonuna dayalı yeni nesil kuantum bilgisayarlar geliştirildi.

2017'de Valerian Giesz, Pascale Senellart ve Niccolo Somaschi, Paris'te bu fotonik firmasını kurdu.

TundraSystems Küresel

Brian Antao'nun kurduğu TundraSystems Küresel Cardiff, Galler'de, Bristol Üniversitesi, MIT, Birleşik Krallık Kuantum Teknoloji Merkezleri vb. kuantum mekaniği.

Kuruluşun nihai hedefi, yenilikçi kuantum teknolojisi çözümleri oluşturmak ve dağıtmaktır. Tundra Quantum Photonics Technology için bir kitaplık oluşturmak, geliştirme sürecindeki ilk adımdır. Bu, tamamen işlevsel bir kuantum fotonik mikroişlemci olan TundraProcessor'ı yaratmaya çalışan Tundra System stratejisinin bir unsurudur. Bu kitaplığın yardımıyla TundraProcessor'u çevreleyen kapsamlı bir HPC sistemi oluşturulabilir, bu da fotonik tümleşik devrelerin ekosisteminin gelişmesini kolaylaştırmalıdır.

Sonuç

Sonuç olarak, hesaplamada lazer ve ışık kullanımında heyecan verici gelişmeler görüyoruz. Optik teknoloji gelişmeye devam ettikçe, paralel işleme ve depolama alanı ağlarından optik veri ağlarına ve biyometrik depolama cihazlarına kadar çok çeşitli uygulamalarda kullanıldığını görmeyi bekleyebiliriz.

Günümüz bilgisayarlarının işlemcileri artık optik fiberler yoluyla veri iletimini kolaylaştıran ışık detektörleri ve minik lazerler içeriyor. Hatta bazı şirketler, hesaplamaları gerçekleştirmek için optik anahtarlar ve lazer ışığı kullanan optik işlemciler bile geliştiriyor. Bu teknolojinin önde gelen savunucularından biri olan Intel, saniyede 50 gigabayt kesintisiz bilgi iletebilen entegre bir silikon fotonik bağlantı yaratıyor.

Yeni bir nöro-hesaplama modeli, sinirsel yapay zeka araştırmalarını ilerletebilir

Geleceğin bilgisayarları, klavyenin üzerindeki havadaki hologramlar aracılığıyla bilgilerin sunulduğu ekranlar olmadan gelebilir. Bu teknoloji, araştırmacıların ve endüstri uzmanlarının işbirliği ile mümkün olmaktadır. Ek olarak, optik teknolojinin optik ağ şeklinde pratik kullanımının her geçen yıl büyüyeceği tahmin edilmektedir.

Yüksek hızlı ve verimli hesaplama potansiyeli ile optik teknoloji, hesaplama ve veri işleme konusundaki düşünce biçimimizde devrim yaratmaya hazırlanıyor.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://dataconomy.com/2022/12/optical-computing-photonic/