يمكن لجسيمات المادة الخفيفة أن تُحدث ثورة في حوسبة الذكاء الاصطناعي

ربما وجد علماء جامعة بنسلفانيا طريقة لتشغيل الذكاء الاصطناعي المستقبلي باستخدام جزيئات المادة الضوئية الغريبة بدلاً من الإلكترونات.

بعد مرور ثمانين عامًا على ظهور ENIAC لأول مرة، وهو أول حاسوب إلكتروني متعدد الأغراض في العالم، توصل باحثون في معهد جامعة بنسلفانيا يستكشفون مستقبلًا مختلفًا جذريًا للحوسبة. بدلًا من الاعتماد كليًا على الإلكترونات، يتطلع العلماء الآن إلى إضاءة نفسها للمساعدة في تشغيل الجيل القادم من الإلكترونات الذكاء الاصطناعي أنظمة.

أطلق ENIAC، الذي طوره الباحثون في جامعة بنسلفانيا، جي بريسبر إيكرت وجون ماوكلي، عصر الحوسبة الإلكترونية باستخدام الإلكترونات لإجراء حسابات معقدة. لا تزال أجهزة الكمبيوتر الحديثة تعتمد على نفس النهج الأساسي اليوم. ولكن مع تزايد حجم أنظمة الذكاء الاصطناعي وزيادة الطلب عليها، بدأت الأجهزة الإلكترونية التقليدية تواجه قيودًا فيزيائية وطاقية خطيرة.

لماذا يدفع الذكاء الاصطناعي الإلكترونيات إلى أقصى حدودها؟

تحمل الإلكترونات شحنة كهربائية، مما يخلق مشاكل عندما تصبح رقائق الكمبيوتر أكثر تقدمًا. يؤدي نقل الإلكترونات عبر المواد إلى توليد الحرارة والمقاومة، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة ويجعل تبريد الأنظمة أكثر صعوبة. وتتزايد هذه التحديات حيث يتعين على أجهزة الذكاء الاصطناعي معالجة ونقل كميات هائلة من البيانات.

ولمعالجة هذه القضايا، يقوم فيزيائيون من ولاية بنسلفانيا بقيادة بو تشن في كلية الآداب والعلوم بالتحقيق فيما إذا كانت الفوتونات، وهي الجسيمات التي تشكل الضوء، يمكن أن تتولى بعض العمل الذي تقوم به الإلكترونات الآن.

يوضح لي هي، المؤلف الأول المشارك لورقة بحثية منشورة في عام 2017: “نظرًا لأنها محايدة الشحنة وكتلة سكونها صفر، يمكن للفوتونات أن تحمل المعلومات بسرعة عبر مسافات طويلة بأقل قدر من الخسارة، مما يجعلها تهيمن على تكنولوجيا الاتصالات”. رسائل المراجعة البدنية وباحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر تشن. “لكن هذا الحياد يعني أنهم بالكاد يتفاعلون مع بيئتهم، مما يجعلهم سيئين في نوع منطق تبديل الإشارات الذي تعتمد عليه أجهزة الكمبيوتر.”

يمكن للضوء نقل المعلومات بكفاءة عالية، لكنه يفتقر عادة إلى التفاعلات القوية اللازمة لعمليات الحوسبة مثل التبديل واتخاذ القرار.

تتيح جسيمات المادة الخفيفة الحوسبة الخفيفة بالكامل

ولحل هذه المشكلة، أنشأ فريق تشن أشباه جسيمات خاصة تسمى إكسيتون-بولاريتون. تتشكل هذه الجسيمات غير العادية عن طريق اقتران الفوتونات بالإلكترونات داخل شبه موصل رقيق ذريًا. والنتيجة هي جسيم هجين من مادة خفيفة يجمع بين سرعة الضوء والتفاعلات الأقوى المرتبطة عادة بالمادة.

قد يكون هذا الإنجاز مهمًا بشكل خاص لحوسبة الذكاء الاصطناعي.

تستخدم العديد من شرائح الذكاء الاصطناعي الضوئية الضوء بالفعل لإجراء حسابات معينة بسرعة وكفاءة. ومع ذلك، عندما تحتاج هذه الأنظمة إلى تنفيذ خطوات التنشيط غير الخطية، بما في ذلك العمليات المتعلقة بالقرار، يتعين عليها في كثير من الأحيان تحويل الإشارات الضوئية مرة أخرى إلى إشارات إلكترونية. تؤدي هذه التحويلات المتكررة إلى تقليل السرعة وزيادة استهلاك الطاقة، مما يحد من مزايا الحوسبة الضوئية.

وباستخدام الإكسيتون-بولاريتون، أظهر فريق جامعة بنسلفانيا التبديل الكامل للضوء بينما يستهلك فقط حوالي 4 كوادريليون من جول من الطاقة. وهذه كمية ضئيلة للغاية من الطاقة، وهي أقل بكثير مما هو مطلوب لتشغيل مصباح LED صغير لفترة وجيزة.

رقائق الذكاء الاصطناعي المستقبلية يمكن أن تعمل على الضوء

إذا أمكن توسيع نطاق هذه التكنولوجيا بنجاح، فقد يسمح ذلك للرقائق الضوئية المستقبلية بمعالجة الضوء مباشرة من الكاميرات دون تحويل الإشارات باستمرار ذهابًا وإيابًا بين الضوء والكهرباء. يقول الباحثون إن هذا النهج يمكن أن يقلل بشكل كبير من متطلبات الطاقة لأنظمة الذكاء الاصطناعي الكبيرة وقد يدعم في النهاية الأنظمة الأساسية الحوسبة الكمومية وظائف على الرقائق.

المرجع: “بولاريتونات التجاويف النانوية غير الخطية بقوة في أشباه الموصلات أحادية الطبقة القابلة للضبط بالبوابة” بقلم Zhi Wang وBumho Kim وBo Zhen وLi He، 8 أبريل 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/gc15-qsvf

بو تشن هو أستاذ مساعد رئاسي لجين كيه لي في قسم الفيزياء وعلم الفلك في كلية الآداب والعلوم في جامعة بنسلفانيا.

كان لي هي باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر Zhen في جامعة بنسلفانيا للفنون والعلوم. وهو حاليا أستاذ مساعد في جامعة ولاية مونتانا.

ومن بين المؤلفين الإضافيين في الدراسة زهي وانغ وبومهو كيم من كلية الآداب والعلوم بجامعة بنسلفانيا.

تم دعم البحث من قبل مكتب الولايات المتحدة للأبحاث البحرية (N00014-20-1-2325 وN00014-21-1-2703) ومؤسسة سلون.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.