أحدث الأخبار مع #بيتاهيرتز
أخبار قطر
منذ 16 ساعات
- علوم
- أخبار قطر
جورج كلوني وزوجته: معركة استرداد التاريخ في الفن والسياسة
عالماء يبتكرون ترانزستور فوتوني سريع بيتاهيرتز تمكّن علماء من ابتكار ترانزستور فوتوني يعمل بسرعة بيتاهيرتز (PHz)، وهو أسرع ترانزستور ضوئي تم إنشاؤه على الإطلاق؛ مما يبشر بتحطيم حدود السرعة في الإلكترونيات، والتي ستساعد في تطوير تقنيات الذكاء الاصطناعي، ويمكن استخدامها في تخزين الطاقة، وتطوير الأدوية. أعدّ دراسة باحثون من جامعة أريزونا، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) في الولايات المتحدة، وجامعة لودفيغ-ماكسيميليان في ميونيخ، بقيادة عالم الأتوثانية المصري محمد ثروت حسن، وبيّنوا فيها آلية تبديل تيار بالأتوثانية (as) في ترانزستور ضوئي يعتمد على الجرافين؛ مما يمثل قفزة كبيرة نحو الإلكترونيات الضوئية فائقة السرعة، ومستقبل إلكترونيات موجات الضوء. وباستخدام نبضات ليزر فائق السرعة، قام الفريق بتحفيز تيارات نفقية كمية في ترانزستور مصمم خصيصاً من نوع (جرافين – سيليكون -جرافين (Gr-Si-Gr أتاح ذلك تبديل تيار بين ON/OFF بسرعة تبلغ فقط 630 أتوثانية، أي ما يوازي (1.6 بيتاهيرتز)، مما يجعله أسرع ترانزستور تم إثباته حتى الآن. وبحسب الدراسة المنشورة في دورية «نيتشر كوميونيكيشنز»، يمثل هذا الإنجاز تحولاً نحو الإلكترونيات التي يقودها الضوء، حيث تُحدد سرعات التبديل بواسطة نبضات الليزر بدلاً من قيود أشباه الموصلات التقليدية. وتمهد هذه الدراسة الطريق للحوسبة من الجيل التالي، ومعالجة الإشارات بسرعة بيتاهيرتز، ونقل البيانات البصرية عالي السرعة، مما يقربنا من تحقيق الحواسيب الكمونية الضوئية. المصريان محمد ثروت حسن قائد الفريق البحثي ومحمد يحيى الباحث الأول للدراسة (الفريق البحثي) محمد ثروت حسن، الذي يعمل أستاذاً للفيزياء والضوء بجامعة أريزونا، قال لـ«الشرق الأوسط» إن «الليزر يقوم باستثارة الإلكترونات لتوليد تيار كهربي في الجرافين، ثم تنتقل الإشارة الكهربية من خلال النفق الكمي من الجانب الأيمن للجانب الأيسر من الجرافين من خلال مادة السيليكون، وبالتالي يمكن قياس التيار الكهربي والذي يتبع الشكل الموجي لليزر، وينتج تياراً كهربياً في لحظة من الزمن وبعدها بـ630 أتوثانية يكون التيار الناتج صفراً، أي يقوم بعملية التحويل من تيار، وهي الحالة الممثلة بـ1 في الإلكترونيات الرقمية للحالة صفر». وتشير الدراسة إلى أن واحداً من أكثر الجوانب المذهلة في هذا الإنجاز هي أن الترانزستور يعمل في ظروف بيئية عادية. فعلى عكس العديد من التطورات السابقة في الإلكترونيات فائقة السرعة التي تتطلب درجات حرارة شديدة الانخفاض، أو بيئات مفرغة من الهواء، يعمل هذا الترانزستور الضوئي في درجة حرارة الغرفة، وتحت الضغط الجوي العادي، وهذه القابلية للتطبيق في العالم الحقيقي تجعله مرشحاً للدمج في الأنظمة الإلكترونية والضوئية فائقة السرعة في المستقبل.
مصرس
منذ 4 أيام
- علوم
- مصرس
عالم مصري يفتح بوابة المستقبل.. حوسبة أسرع مليون مرة عبر «النفق الكمي»
في خطوة علمية تُعد الأكثر تقدمًا في مجال الإلكترونيات والفيزياء الحديثة، قاد العالم المصري الدكتور محمد ثروت فريقًا بحثيًا بجامعة أريزونا الأمريكية إلى ابتكار ترانزستور ضوئي فائق السرعة يعمل بتقنية النفق الكمومي، ليحقق بذلك إنجازًا غير مسبوق يفتح آفاقًا جديدة في تكنولوجيا الحوسبة والاتصالات. 1. ترانزستور بسرعة 1.6 بيتاهيرتز: قفزة مليونية في سرعة الحوسبةالترانزستور الجديد تفوّق على كل التوقعات، محققًا سرعة تشغيل تصل إلى 1.6 بيتاهيرتز (أي 1.6 × 1015 هيرتز)، ما يعادل مليون ضعف سرعة الترانزستورات الحالية المستخدمة في المعالجات الحديثة. وقد تم الوصول إلى هذا المستوى الثوري باستخدام نبضات ليزر فائقة القِصر، مما أتاح تفاعلًا ضوئيًا في زمن قياسي بلغ 630 أتوثانية فقط، والأتوثانية هي وحدة زمنية تمثل جزءًا من مليار مليار ثانية.2. النفق الكمومي: تقنية خارقة تتحدى قوانين الفيزياء التقليديةيعتمد هذا الترانزستور على مبدأ النفق الكمومي (Quantum Tunneling)، وهي ظاهرة تتيح للإلكترونات عبور حواجز طاقة كانت تعتبر غير قابلة للاختراق في الفيزياء الكلاسيكية. وبفضل هذه التقنية، ينتقل التيار الكهربائي بدون مقاومة تُذكر، ما يُسهم في خفض استهلاك الطاقة ورفع الكفاءة إلى مستويات غير مسبوقة.وأكد الباحثون أن التيار الناتج ليس ظاهرة تقليدية بل تأثير كمومي مباشر، تم إثباته من خلال قياسات دقيقة قارنت الأداء بوجود نبضات الليزر وغيابها.3. هندسة متقدمة باستخدام الجرافين والسيليكونتم تصميم الترانزستور باستخدام طبقات متناهية الرقة من الجرافين والسيليكون، مما مكن الفريق من تحقيق استجابة ضوئية عالية الكفاءة، وإجراء التحكم الكامل في الجهاز باستخدام الضوء. كما نجح الفريق في تنفيذ بوابات منطقية ضوئية – وهي الأساس المعماري للمعالجات الرقمية – داخل نفس الجهاز، ما يضع حجر الأساس لتطوير حواسيب ضوئية مستقبلية.4. تطبيقات واعدة دون الحاجة لتبريد خاصواحدة من أبرز مميزات هذا الابتكار هو أنه تم اختباره في بيئة طبيعية دون الحاجة إلى تبريد فائق أو ظروف مختبرية معقدة، ما يجعل التقنية قابلة للتصنيع على نطاق واسع في المستقبل، ويمهد الطريق أمام تطبيقات تجارية وصناعية.5. مستقبل الحوسبة: ذكاء اصطناعي واتصالات كمية بسرعة الضوءيفتح هذا الإنجاز الباب أمام عصر جديد من الحوسبة الضوئية الكمومية، وهو ما يُبشر بثورة في تقنيات الذكاء الاصطناعي والاتصالات الكمية، خاصة في ظل الحاجة المتزايدة إلى تقنيات تتسم بالسرعة الهائلة واستهلاك منخفض للطاقة.6. من المختبر إلى السوق: خطوات قادمة للفريق البحثييعتزم الفريق بقيادة الدكتور محمد ثروت تطوير شرائح إلكترونية تجريبية تعتمد على هذا الترانزستور، بهدف نقل التقنية من النطاق البحثي إلى مرحلة الاستخدام التجاري، بما قد يغيّر قواعد اللعبة في قطاع صناعة المعالجات.يرسّخ الدكتور محمد ثروت مكانته كأحد أبرز العلماء المصريين في الخارج، ويضع مصر على خارطة الابتكار العالمي في مجالات تتقاطع فيها الفيزياء، الإلكترونيات، والحوسبة الكمومية.
البوابة
منذ 4 أيام
- علوم
- البوابة
عالم مصري يفتح بوابة المستقبل.. حوسبة أسرع مليون مرة عبر «النفق الكمي»
في خطوة علمية تُعد الأكثر تقدمًا في مجال الإلكترونيات والفيزياء الحديثة، قاد العالم المصري الدكتور محمد ثروت فريقًا بحثيًا بجامعة أريزونا الأمريكية إلى ابتكار ترانزستور ضوئي فائق السرعة يعمل بتقنية النفق الكمومي، ليحقق بذلك إنجازًا غير مسبوق يفتح آفاقًا جديدة في تكنولوجيا الحوسبة والاتصالات. 1. ترانزستور بسرعة 1.6 بيتاهيرتز: قفزة مليونية في سرعة الحوسبة الترانزستور الجديد تفوّق على كل التوقعات، محققًا سرعة تشغيل تصل إلى 1.6 بيتاهيرتز (أي 1.6 × 10¹⁵ هيرتز)، ما يعادل مليون ضعف سرعة الترانزستورات الحالية المستخدمة في المعالجات الحديثة. وقد تم الوصول إلى هذا المستوى الثوري باستخدام نبضات ليزر فائقة القِصر، مما أتاح تفاعلًا ضوئيًا في زمن قياسي بلغ 630 أتوثانية فقط، والأتوثانية هي وحدة زمنية تمثل جزءًا من مليار مليار ثانية. 2. النفق الكمومي: تقنية خارقة تتحدى قوانين الفيزياء التقليدية يعتمد هذا الترانزستور على مبدأ النفق الكمومي (Quantum Tunneling)، وهي ظاهرة تتيح للإلكترونات عبور حواجز طاقة كانت تعتبر غير قابلة للاختراق في الفيزياء الكلاسيكية. وبفضل هذه التقنية، ينتقل التيار الكهربائي بدون مقاومة تُذكر، ما يُسهم في خفض استهلاك الطاقة ورفع الكفاءة إلى مستويات غير مسبوقة. وأكد الباحثون أن التيار الناتج ليس ظاهرة تقليدية بل تأثير كمومي مباشر، تم إثباته من خلال قياسات دقيقة قارنت الأداء بوجود نبضات الليزر وغيابها. 3. هندسة متقدمة باستخدام الجرافين والسيليكون تم تصميم الترانزستور باستخدام طبقات متناهية الرقة من الجرافين والسيليكون، مما مكن الفريق من تحقيق استجابة ضوئية عالية الكفاءة، وإجراء التحكم الكامل في الجهاز باستخدام الضوء. كما نجح الفريق في تنفيذ بوابات منطقية ضوئية – وهي الأساس المعماري للمعالجات الرقمية – داخل نفس الجهاز، ما يضع حجر الأساس لتطوير حواسيب ضوئية مستقبلية. 4. تطبيقات واعدة دون الحاجة لتبريد خاص واحدة من أبرز مميزات هذا الابتكار هو أنه تم اختباره في بيئة طبيعية دون الحاجة إلى تبريد فائق أو ظروف مختبرية معقدة، ما يجعل التقنية قابلة للتصنيع على نطاق واسع في المستقبل، ويمهد الطريق أمام تطبيقات تجارية وصناعية. 5. مستقبل الحوسبة: ذكاء اصطناعي واتصالات كمية بسرعة الضوء يفتح هذا الإنجاز الباب أمام عصر جديد من الحوسبة الضوئية الكمومية، وهو ما يُبشر بثورة في تقنيات الذكاء الاصطناعي والاتصالات الكمية، خاصة في ظل الحاجة المتزايدة إلى تقنيات تتسم بالسرعة الهائلة واستهلاك منخفض للطاقة. 6. من المختبر إلى السوق: خطوات قادمة للفريق البحثي يعتزم الفريق بقيادة الدكتور محمد ثروت تطوير شرائح إلكترونية تجريبية تعتمد على هذا الترانزستور، بهدف نقل التقنية من النطاق البحثي إلى مرحلة الاستخدام التجاري، بما قد يغيّر قواعد اللعبة في قطاع صناعة المعالجات. يرسّخ الدكتور محمد ثروت مكانته كأحد أبرز العلماء المصريين في الخارج، ويضع مصر على خارطة الابتكار العالمي في مجالات تتقاطع فيها الفيزياء، الإلكترونيات، والحوسبة الكمومية.
الجزيرة
منذ 6 أيام
- علوم
- الجزيرة
عبر "النفق الكمي".. عالم مصري يقفز بالحوسبة لتصبح أسرع مليون مرة
قطع فريق بحثي من جامعة أريزونا الأميركية يقوده العالم المصري الدكتور محمد ثروت حسن، الأستاذ المشارك في الفيزياء والعلوم البصرية، خطوة كبيرة نحو نقل الحوسبة إلى عصر "البيتاهيرتز". جاء ذلك بعد نجاحه في تصنيع "ترانزستور ضوئي"، يمكن تشغيله وإطفاؤه في زمن قياسي يعادل 630 أتوثانية ، أي ما يعادل سرعة 1.6 بيتاهرتز، وهو معدل لم يصل له أي معالج إلكتروني موجود اليوم. وتعمل الحواسيب اليوم بسرعة تقاس بالمليار مرة في الثانية (غيغاهيرتز)، لكن التقنية الجديدة التي تم الإعلان عنها في دراسة نشرتها دورية"نيتشر كوميونيكيشنز"، تعد بسرعات خيالية تقاس بألف تريليون مرة في الثانية (بيتاهيرتز)، وهذا يعني أن الاستجابة الإلكترونية قد تصبح أسرع بنحو مليون مرة، وهو ما يفتح الباب أمام جيل جديد من الحوسبة فائقة السرعة. ويقول حسن في تصريحاته للجزيرة نت "هذا الإنجاز تم بناؤه على ما تحقق في أبحاث سابقة، تمكنا خلالها، على مدى السنوات الأخيرة، من تطوير أدوات تعتمد على نبضات ضوئية فائقة السرعة تقاس بوحدة (أتوثانية)، وهي جزء من مليار مليار من الثانية" ويضيف "وقد مكنتنا هذه الأدوات من التحكم في حركة الإلكترونات داخل المواد في لحظات قصيرة جدا. وكان السؤال الذي يطرح علي دائما: كيف يمكن نقل هذا العمل إلى المجال التطبيقي؟ ويمثل الترانزستور الضوئي الجديد إجابة عملية على هذا السؤال". البناء على ما سبق واستخدم حسن وفريقه ما تعلموه في الأبحاث السابقة، لإجراء تعديلات على الترانزستورات الضوئية المتوفرة بالأسواق والمصنوعة من مادة الجرافين، كي تستطيع أن تحقق مبدأ "النفق الكمي" في عملها، وهي ظاهرة ميكانيكية كمومية تسمح للإلكترونات بعبور حواجز طاقة لا يمكنها تجاوزها بالوسائل التقليدية. ويتكون الترانزستور الضوئي المطور من طبقتين من الجرافين وبينهما طبقة من السيليكون، وهذا التصميم يسمح بمرور الإلكترونات بين الجرافين والسيليكون عبر ظاهرة النفق الكمي، وباستخدام نبضات ليزر قصيرة جدا (6.5 فيمتو ثانية). وقام الباحثون بتوليد تيار لحظي في الترانزستور عبر ظاهرة التحفيز الضوئي والكمومي، مما سمح بتحكم فائق السرعة في تدفق الإلكترونات، وبزمن قدره 630 أتوثانية فقط، أي ما يعادل سرعة 1.6 بيتاهيرتز. ويقرب حسن ما فعلوه بمثال توضيحي قائلا "تخيل أن الإلكترون يشبه متزلجا على الجليد يريد عبور تلة عالية، ففي الظروف العادية، يحتاج إلى طاقة كبيرة ليصعد فوق التلة، لكن النفق الكمي يسمح له بالظهور فجأة على الجانب الآخر من التلة، من دون الحاجة لتسلقها ، كأنه اخترقها". تأكيد ظاهرة النفق الكمي وتأكد الباحثون من أن التيار ينتج عن نفق كمي، وذلك عبر قياس منحنيات الجهد والتيار مع وبدون الليزر، وأظهر الفارق بين المنحنيين أن التيار ينتج عن نفق كمي، أي أن الإلكترونات تتخطى الحاجز دون طاقة كافية، بفضل الليزر. ولم يكتفوا بذلك، بل تحكموا في شدة التيار بواسطة الليزر، فكلما زادوا من شدة الليزر لاحظوا أن شدة التيار تزيد، مما يدل على إمكانية التحكم الكامل في التيار بالضوء. وقطع الفريق البحثي خطوة أبعد من ذلك، عبر تنفيذ ما يُعرف بـ"البوابات المنطقية" داخل الترانزستور الجديد، وهي اللبنات الأساسية التي تعتمد عليها جميع العمليات داخل الحواسيب، وقد فعلوا ذلك عبر دمج التيار الناتج عن نبضات الليزر الفائقة السرعة مع تيار كهربائي خارجي داخل جهاز واحد. ولتقريب الصورة، تخيل أن الترانزستور الجديد مثل بوابة ذكية لا تفتح إلا عند استلام إشارتين: الأولى من ضوء الليزر، والثانية من التيار الكهربائي، فإذا أردنا تنفيذ بوابة منطقية من النوع "و"، فإن البوابة لا تفتح إلا عند وصول الإشارتين معا، أما في بوابة من النوع "أو"، فيكفي وصول أي إشارة منهما لتفتح. إعلان ويقول الدكتور حسن "هذا الدمج غير المسبوق بين الضوء والكهرباء، وباستخدام مادة الجرافين والنفق الكمي، قد يمهد الطريق نحو حواسيب تعمل بسرعات خارقة لم تعرفها البشرية من قبل". والمميز في هذا العمل، ليس فقط هذه النتائج غير المسبوقة، ولكن أيضا إجراء كل هذه التجارب في بيئة عادية (درجة حرارة وضغط الغرفة)، وهو ما يعني بحسب د.حسن، أن التقنية الجديدة قابلة للتطبيق الصناعي وليس فقط في المختبر. الدمج في رقائق إلكترونية وعن الخطوة القادمة في هذا العمل، يقول د.حسن "سيكون مشروعنا التالي، الذي قد يشهد تعاونا مع شركاء في الصناعة، هو دمج الترانزستور المطور في رقائق إلكترونية تكون قابلة للاستخدام في جميع الإلكترونيات، لنقل الحوسبة إلى عصر البيتاهيرتز". ويوضح أن تحقيق ذلك سيكون له انعكاس في العديد من المجالات منها: أولا: سرعة معالجة خارقة تتيح تنفيذ عمليات حسابية ومعالجة بيانات في أجزاء من الأتوثانية (جزء من مليار مليار من الثانية)، وهو ما يعادل استجابة فورية تقريبا. ثانيا: تصغير حجم المعالجات دون التضحية بالأداء، مما يؤدي إلى أجهزة إلكترونية أصغر حجما وأكثر كفاءة، من الهواتف إلى الروبوتات. ثالثا: تسريع زمن المعالجة، بما يعني قدرة أكبر على تشغيل خوارزميات الذكاء الاصطناعي بسرعة قياسية، مما يعزز قدراتها في التعلم، التحليل، والتنبؤ. رابعا: تمكين علماء الفيزياء، الأحياء، والطب من إجراء محاكاة لأمور معقدة مثل تصميم الأدوية، الطقس، الجزيئات والنجوم بسرعات غير ممكنة حاليا. خامسا: أنظمة القيادة الذاتية، الجراحة عن بُعد، والشبكات الأمنية ستستفيد من أزمنة استجابة فورية تقريبا، ما يحسن السلامة والدقة.
