Geleceğin işlemcilerinde nano devrim: Mikroçipleri bakteri boyutuna küçülttüler

Veri işleme süreçlerinde elektrik akımı yerine ışık taneciklerinden faydalanan fotonik devreler, günümüz bilgisayar mimarisine kıyasla büyük avantajlara sahip. Fotonlar, iletken hatlar üzerinde hareket ederken elektronlar gibi yüksek ısılara yol açmıyor.

Bu durum, veri merkezlerinden yapay zeka altyapılarına, fiber optik ağlardan kuantum bilgisayarlara ve hatta otonom araçların lidar gözlerine kadar geniş bir alanda işlem kapasitesini katlıyor. Fakat bu üstün sistemlerin önünde uzun süredir aşılması gereken fiziki bir engel duruyordu: Bileşenlerin kapladığı alan. Max Planck Işık Bilimi Enstitüsü araştırmacıları, yayınladıkları yeni çalışmayla devre kartlarındaki bu fiziksel darboğazı aşmayı başardı. Fotonik çip mimarisinin kalbinde yer alan üç kritik parça, tam 500 kat küçültülerek görünmez denecek boyutlara indirildi.

Algoritmaların elinden çıkan nano mimari

İnsan zekasının ve klasik mühendislik yöntemlerinin el ile yürüttüğü el feneri hassaslığındaki tasarım süreçleri, bu kadar küçük ölçeklerde yetersiz kalıyordu. Bu noktada araştırmacılar, “tersine tasarım” olarak adlandırılan yapay zeka metodolojisinden yararlandı.

Mühendisler önce ışığın çip içinde nasıl davranması gerektiğini ve üretilebilecek fiziksel sınırları sisteme tanımladı. Kodlanan bu kurallar çerçevesinde geriye doğru hesaplama yapan algoritma, insan zihninin kurgulayamayacağı karmaşıklıkta nano yapılar çıkardı. Dalga boyu ayırıcılar, uzamsal mod sıralayıcılar ve nano aynalardan oluşan bu üç temel bileşen, neredeyse bir bakteri boyutuyla eşdeğer ölçeğe çekildi.

Elde edilen tasarımların üretim aşamasında ise standart silisyum materyali yerine daha kalın bir silisyum nitrür katmanı tercih edildi. Seçilen bu malzeme, nanometrik kanallardan süzülen ışık taneciklerinin dışarı sızmasını önleyerek enerji kaybını en alt seviyeye düşürdü. Bireysel olarak laboratuvar ortamında sınanan ve testleri başarıyla geçen minyatür parçaların, yakın gelecekte tek bir optik devre plakası üzerinde birleştirilmesi planlanıyor. İleriye dönük bu hamle, ışık hızında çalışan tam fonksiyonel çiplerin seri üretim bantlarına inmesini kolaylaştıracak.