통합 포토닉스의 부상: 빛이 컴퓨팅의 면모를 어떻게 바꾸고 있습니까?

통합 포토닉스의 부상: 빛이 컴퓨팅의 면모를 어떻게 바꾸고 있습니까?

타임 스탬프 : 15 년 2022 월 1 일 오전 49:XNUMX
소스 노드 : 1774319

광학 컴퓨팅은 계산에 대한 우리의 생각을 바꿀 수 있는 잠재력을 가진 혁신적인 기술입니다. 전기 신호를 사용하여 계산을 수행하는 기존 컴퓨터와 달리 광학 컴퓨팅은 빛을 사용합니다. 이를 통해 훨씬 더 높은 빈도의 데이터 처리가 가능하여 크고 복잡한 계산을 매우 빠른 속도로 실행할 수 있습니다.


광학 컴퓨팅의 핵심 기술 중 하나는 전자 대신 광자를 사용하여 계산을 수행하는 광자 컴퓨팅입니다. 이것은 광범위한 작업을 수행하기 위해 광자를 쉽게 조작하고 제어할 수 있으므로 계산에 대한 보다 효율적이고 합성적인 접근 방식을 허용합니다.

광학 컴퓨팅 분야의 또 다른 핵심 기술은 통합 포토닉스입니다. 이는 광자 구성 요소를 하나의 소형 장치로 통합하여 보다 효율적이고 확장 가능한 계산 방식을 허용하는 것을 말합니다.

전반적으로 이러한 기술의 사용은 계산 및 데이터 처리에 대한 우리의 사고 방식을 혁신적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 광학 컴퓨팅을 통해 우리는 현재 가장 진보된 컴퓨터의 능력을 넘어서는 문제를 해결할 수 있으며 오늘날의 기술로는 상상할 수 없는 속도로 문제를 해결할 수 있습니다.

연구원들은 기존 컴퓨터 프로세서에서 발견되는 기존 전자 논리 게이트보다 백만 배 더 빠른 광 기반 논리 게이트를 실행하는 방법을 발견했습니다. 부울 함수로 구성되고 바이너리 루틴을 실행하는 이러한 논리 게이트는 일반적으로 전자적으로 실행됩니다. 그러나 새로운 방법은 빛을 사용하여 동일한 기능을 수행하므로 처리 속도가 훨씬 빨라집니다.

이것은 AALTO 대학에서 실시한 연구에서 발견되었으며 사이언스 어드밴스 저널에 발표.

차례

광학 컴퓨팅이란 무엇입니까?

포토닉 컴퓨터라고도 하는 광학 컴퓨터는 전류가 아닌 가시광선 또는 적외선(IR) 빔의 광자를 사용하여 디지털 계산을 수행하는 장치입니다. 전류의 속도는 빛의 속도의 10%에 불과하다. 광섬유의 발달로 이어진 이유 중 하나는 데이터가 장거리로 전송될 수 있는 속도에 대한 제한이었습니다. 기존의 전자 컴퓨터보다 XNUMX배 이상 빠르게 프로세스를 수행할 수 있는 컴퓨터는 장치 및 구성 요소 크기에서 가시 및/또는 IR 네트워크의 이점 중 일부를 구현하여 언젠가는 만들어질 수 있습니다.

전류와 달리 가시 광선과 적외선 광선은 상호 작용 없이 서로 흐릅니다. 본질적으로 XNUMX차원으로 제한되는 경우에도 많은(또는 많은) 레이저 빔이 경로가 교차하도록 비출 수 있지만 빔 사이에는 간섭이 없습니다. XNUMX차원 배선은 전류가 서로를 향해야 하므로 중요합니다. 결과적으로 광학 컴퓨터는 전자 컴퓨터보다 훨씬 빠를 뿐만 아니라 더 작을 수도 있습니다.

옵티컬 컴퓨팅이란 무엇인가: 작동 원리, 기업 등
기존의 컴퓨터를 돌아보면 광컴퓨터의 발전을 목격하는 것이 얼마나 흥미로운 일인가

일부 엔지니어는 광학 컴퓨팅이 미래에 널리 보급될 것이라고 예측하지만 대부분의 전문가는 변화가 특정 틈새 시장에서 점진적으로 일어날 것이라는 데 동의합니다. 일부 광학 집적 회로가 개발 및 생산되었습니다. (다소 크긴 하지만 완전한 기능을 갖춘 적어도 하나의 컴퓨터를 구성하는 데 광학 회로가 사용되었습니다.) 이미지를 복셀로 분할하면 XNUMX차원 풀 모션 비디오가 섬유 네트워크를 통해 방송될 수 있습니다. 일부 광학 장치를 제어하는 ​​데 사용되는 데이터 임펄스가 가시광선 또는 적외선이지만 전자 전류는 그럼에도 불구하고 장치를 작동할 수 있습니다.

광섬유 데이터 전송이 이미 보편화된 디지털 통신은 광 기술이 가장 발전한 분야입니다. 궁극적인 목표는 각 소스와 대상이 가시광선 및 적외선 광자에 의해서만 연결되는 이른바 광자 네트워크입니다. 레이저 프린터, 복사기, 스캐너, CD-ROM 드라이브 및 관련 제품은 모두 광학 기술을 사용합니다. 그러나 이러한 모든 장치는 일반 전자 회로 및 부품에 어느 정도 의존합니다. 그들 중 어느 것도 완전히 광학적이지 않습니다.


광학 컴퓨팅은 어떻게 작동합니까?

광학 컴퓨팅은 논리 게이트와 이진 루틴을 사용하여 계산을 수행한다는 점에서 기존 컴퓨팅과 유사합니다. 그러나 이러한 계산이 수행되는 방식이 다릅니다. 광학 컴퓨팅에서 광자는 LED, 레이저 및 기타 장치에 의해 생성되며 기존 컴퓨팅의 전자와 유사한 방식으로 데이터를 인코딩하는 데 사용됩니다. 광자를 쉽게 조작하고 제어하여 광범위한 작업을 수행할 수 있으므로 훨씬 빠르고 효율적인 계산이 가능합니다.

IIoT 및 에지 컴퓨팅은 많은 산업 분야에서 주목을 받고 있습니다.

광컴퓨터 개발이라는 궁극적인 목표를 가지고 광트랜지스터의 설계 및 구현에 초점을 맞춘 연구가 진행되고 있다. 90도 회전하는 편광 스크린으로 광선을 효율적으로 차단할 수 있습니다. 편광판으로 작동할 수 있는 유전체 부품은 광학 트랜지스터를 만드는 데에도 사용됩니다. 몇 가지 기술적인 어려움에도 불구하고 광학 논리 게이트는 근본적으로 가능합니다. 올바른 논리적 결과를 제공하는 단일 컨트롤과 수많은 빔으로 구성됩니다.

전통적인 전자 컴퓨터의 주요 장점 중 하나는 실리콘 채널과 구리 와이어를 사용하여 전자의 이동을 안내하고 제어할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 효율적이고 안정적인 계산이 가능합니다.

광학 컴퓨팅에서 플라즈몬 나노입자를 사용하여 유사한 효과를 얻을 수 있습니다. 이 입자는 광자의 움직임을 안내하고 제어할 수 있으므로 광자의 상당한 전력 손실이나 전자로의 변환 없이 코너를 돌고 경로를 계속 진행할 수 있습니다. 이를 통해 작고 효율적인 광학 컴퓨팅 장치를 만들 수 있습니다.

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광 컴퓨터라고도 하는 광 컴퓨터는 전류가 아닌 가시광선 또는 적외선(IR) 빔의 광자를 사용하여 디지털 계산을 수행하는 장치입니다.

광학 칩의 대부분의 부품은 전자가 정보를 처리하고 변환하는 데 사용되는 전통적인 컴퓨터 칩과 유사합니다. 그러나 칩의 서로 다른 영역 간에 정보를 교환하는 데 사용되는 상호 연결이 크게 변경되었습니다.


광학 컴퓨팅에서는 정보를 전달하기 위해 전자 대신 빛이 사용됩니다. 빛을 쉽게 담을 수 있고 여행 중 정보 손실이 적다는 장점이 있기 때문이다. 이는 인터커넥트가 가열되어 전자의 이동을 늦출 수 있는 상황에서 특히 유용합니다. 정보 이동을 위해 빛을 사용함으로써 보다 빠르고 효율적인 광학 컴퓨팅 장치를 만들 수 있습니다.

연구원들은 광학 컴퓨팅에서 정보 이동을 위해 빛을 사용하면 엑사스케일 컴퓨터가 개발될 것으로 기대하고 있습니다. 엑사스케일 컴퓨터는 현재 가장 빠른 시스템보다 1000배 빠른 초당 수십억 개의 계산을 수행할 수 있습니다. 통신에 빛을 사용하면 이러한 수준의 처리 속도를 달성할 수 있어 보다 강력하고 효율적인 컴퓨팅 장치가 됩니다.

광학 컴퓨팅의 장점과 단점

광학 컴퓨팅의 장점은 다음과 같습니다.

  • 빠른 밀도, 작은 크기, 최소 접합 가열, 고속, 동적 스케일링 및 소규모/대규모 네트워크/토폴로지로의 재구성 가능성, 방대한 병렬 컴퓨팅 기능 및 AI 애플리케이션은 광학 컴퓨터의 주요 이점 중 일부에 불과합니다.
  • 광학 상호 연결에는 속도 외에도 다양한 이점이 있습니다. 그들은 전기 단락에 취약하지 않으며 전자기 간섭에 대한 내성이 있습니다.
  • 저손실 전송과 많은 대역폭을 제공하여 여러 채널이 동시에 통신할 수 있습니다.
  • 광학 부품의 데이터 처리는 전자 부품의 데이터 처리보다 저렴하고 간단합니다.
  • 광자는 대전되지 않기 때문에 전자만큼 빠르게 서로 상호 작용하지 않습니다. 이는 전이중 기능을 통해 광선이 서로 교차할 수 있기 때문에 추가적인 이점을 제공합니다.
  • 자성 재료에 비해 광학 재료는 접근성이 더 높고 저장 밀도가 더 높습니다.

광학 컴퓨팅의 단점은 다음과 같습니다.

  • 광결정을 개발하는 것은 어렵습니다.
  • 여러 신호의 상호 작용으로 인해 계산은 복잡한 프로세스입니다.
  • 현재의 광학 컴퓨터 프로토타입은 크기가 상당히 큽니다. 

광학 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅

광학 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅은 컴퓨팅 및 데이터 처리에 대한 사고 방식을 혁신할 수 있는 잠재력을 가진 두 가지 기술입니다.

광학 컴퓨팅은 빛을 사용하여 계산 및 데이터 처리 작업을 수행하는 반면 양자 컴퓨팅은 양자 역학의 원리를 사용하여 계산을 수행합니다.


Qudit 컴퓨터는 바이너리 시스템을 뛰어넘어 무한한 가능성을 열어줍니다.

두 기술의 주요 차이점 중 하나는 계산을 수행할 수 있는 속도입니다. 광학 컴퓨팅은 기존 전자 컴퓨팅보다 훨씬 더 빠른 속도로 작동할 수 있으며 경우에 따라 양자 컴퓨팅보다 더 빠릅니다. 이는 광 컴퓨팅에서 사용되는 빛의 입자인 광자를 쉽게 조작하고 제어하여 다양한 작업을 수행할 수 있기 때문입니다.

옵티컬 컴퓨팅이란 무엇인가: 작동 원리, 기업 등
광학 컴퓨팅은 빛을 사용하여 계산 및 데이터 처리 작업을 수행하는 반면 양자 컴퓨팅은 양자 역학의 원리를 사용하여 계산을 수행합니다.

반면에 양자 컴퓨팅은 현재 가장 진보된 컴퓨터의 능력을 넘어선 특정 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 계산을 수행하는 데 사용할 수 있는 매우 복잡하고 얽힌 상태를 생성할 수 있는 양자 역학의 고유한 특성 때문입니다.

전반적으로 광학 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅은 컴퓨팅 및 데이터 처리 분야를 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 서로 다른 강점과 한계가 있지만 두 기술 모두 복잡한 문제를 해결하고 세계에 대한 이해를 높일 수 있는 흥미롭고 새로운 가능성을 제공합니다.

광학 컴퓨팅 회사

더 많은 정보를 얻고 싶다면 최고의 양자 컴퓨팅 회사 목록을 정리했습니다!

Xanadu 양자 기술

캐나다 기술 사업 Xanadu 양자 기술 광양자 컴퓨팅 하드웨어의 주요 공급업체입니다.

크리스찬 위드브룩(Christian Weedbrook) CEO가 2016년에 설립한 회사인 제너두(Xanadu)의 목표는 모든 사람이 접근할 수 있고 유익한 양자 컴퓨터를 만드는 것입니다. 이 회사는 이 목표를 달성하기 위해 전체 스택 전략을 채택하고 하드웨어, 소프트웨어를 개발하고 선택한 파트너와 함께 최첨단 연구에 참여합니다.


Strawberry Fields 애플리케이션 라이브러리와 XQC(Xanadu Quantum Cloud) 서비스의 도움으로 기업과 학계는 이제 Xanadu의 광자 양자 컴퓨터를 사용할 수 있습니다.

양자 연구자와 개발자 사이에서 최고의 소프트웨어 라이브러리로 성장한 오픈 소스 프로젝트인 PennyLane의 생성을 통해 비즈니스는 양자 기계 학습(QML) 분야도 개발하고 있습니다.

사이 퀀텀

의 목표 사이 퀀텀, 양자 물리학자, 반도체, 시스템 및 소프트웨어 엔지니어, 시스템 설계자 등의 그룹은 오류 수정에 필요한 규모에서 기술적 이점을 제공한다고 생각하기 때문에 광자 접근 방식을 사용하여 최초의 유용한 양자 컴퓨터를 만드는 것입니다. 이들은 1만 큐비트 양자 컴퓨터에 집중해 언론의 주목을 받았다.

PsiQuantum은 2015년 Jeremy O'Brien, Terry Rudolph, Pete Shadbolt 및 Mark Thompson에 의해 설립되었으며 기술 혁신의 진원지인 실리콘 밸리에 본사를 두고 있습니다.

오르카 컴퓨팅

옥스포드 대학의 Ian Walmsley 교수의 초고속 및 비선형 양자 광학 그룹의 연구를 기반으로, ORCA 는 숙련된 과학자와 사업가들에 의해 런던에서 설립되었습니다. 이 그룹의 Ian Walmsley, Josh Nunn 및 Kris Kaczmarek은 "단기" 양자 메모리가 광 활동을 동기화하고 양자 컴퓨팅을 진정으로 확장 가능하게 만들 수 있음을 깨달았습니다.

ORCA 양자 메모리를 활용하여 이 중복 문제를 해결함으로써 ORCA는 경쟁 방법의 심각한 절충 없이 양자 포토닉스의 잠재력을 발휘합니다.

ORCA는 Ian Walmsley, Richard Murray, Josh Nunn 및 Cristina Escoda가 2019년에 설립했으며 런던에 기반을 두고 있습니다.


옵티컬 컴퓨팅이란 무엇인가: 작동 원리, 기업 등
미래의 컴퓨터는 화면 없이 키보드 위의 홀로그램을 통해 정보가 제공될 수 있습니다.

콴델라

라는 새로운 회사 콴델라 포토닉스, 양자 컴퓨터 및 양자 정보 연구를 위한 기능 장치 제작에 전념하고 있습니다.

독특한 고체 양자 광원을 생성합니다. 빛의 조작을 기반으로 하는 차세대 양자 컴퓨터는 이러한 소스를 사용하여 개발됩니다.

2017년 Valerian Giesz, Pascale Senellart 및 Niccolo Somaschi는 파리에서 이 포토닉스 회사를 설립했습니다.


TundraSystems 글로벌

브라이언 안타오 설립 TundraSystems 글로벌 웨일즈 카디프에서 기본 토대를 사용하여 모든 광학 체제의 전산 솔루션에서 브리스톨 대학교, MIT, 영국 양자 기술 허브 등과 같은 다양한 학술 소스의 수많은 개발을 처음부터 구축합니다. 양자역학의.

조직의 궁극적인 목표는 혁신적인 양자 기술 솔루션을 만들고 배포하는 것입니다. Tundra Quantum Photonics Technology용 라이브러리를 만드는 것은 개발 프로세스의 초기 단계입니다. 이것은 완전한 기능을 갖춘 양자 광자 마이크로프로세서인 TundraProcessor를 만들기 위해 작동하는 Tundra System 전략의 요소입니다. TundraProcessor를 둘러싼 포괄적인 HPC 시스템은 이 라이브러리의 도움으로 구축될 수 있으며, 이는 또한 광자 집적 회로의 생태계가 더 쉽게 발전할 수 있도록 합니다.

결론

결론적으로 우리는 컴퓨터에서 레이저와 빛의 사용에 있어 흥미진진한 발전을 목격하고 있습니다. 광학 기술이 계속 발전함에 따라 병렬 처리 및 저장 영역 네트워크에서 광 데이터 네트워크 및 생체 인식 저장 장치에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 사용되는 것을 기대할 수 있습니다.

오늘날 컴퓨터의 프로세서에는 광섬유를 통한 데이터 전송을 용이하게 하는 빛 감지기와 작은 레이저가 포함되어 있습니다. 일부 회사는 광 스위치와 레이저 광을 사용하여 계산을 수행하는 광 프로세서를 개발하고 있습니다. 이 기술의 주요 지지자 중 하나인 인텔은 초당 50기가바이트의 중단 없는 정보를 전송할 수 있는 통합 실리콘 포토닉스 링크를 만들고 있습니다.

새로운 신경 계산 모델은 신경 인공 지능 연구를 발전시킬 수 있습니다

미래의 컴퓨터는 화면 없이 키보드 위 공중에 떠 있는 홀로그램을 통해 정보가 제공될 수 있습니다. 이 기술은 연구자와 산업 전문가의 협력을 통해 가능해지고 있습니다. 또한, 광 네트워킹 형태의 광 기술의 실용화는 해마다 증가할 것으로 예상됩니다.

고속의 효율적인 계산을 위한 잠재력을 갖춘 광학 기술은 계산 및 데이터 처리에 대한 우리의 사고 방식을 혁신할 준비가 되어 있습니다.

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