مسئله خلاقانه: ذخیره اطلاعات در یک کامپیوتر فوتونی
در یک آزمایشگاه فناوری آینده،
یک کامپیوتر فوتونی ساخته شده است که به جای الکترونها
از فوتونهای نور برای ذخیره و پردازش اطلاعات استفاده میکند.
در این سیستم،
هر فوتون با فرکانس مشخص
نمایانگر یک واحد داده است.
یک لیزر با طول موج زیر برای تولید فوتونها به کار میرود:
λ = 500 nm
ثابت پلانک:
h = 6.63 × 10-34 J.s
سرعت نور:
c = 3 × 108 m/s
فرض کنید برای ذخیره هر بیت اطلاعات
حداقل
500
فوتون لازم است.
سؤالات
1- فرکانس نور لیزر را محاسبه کنید.
2- انرژی یک فوتون این لیزر را به دست آورید.
3- انرژی لازم برای ذخیره یک بیت اطلاعات را محاسبه کنید.
4- اگر این کامپیوتر بخواهد
109 بیت اطلاعات ذخیره کند،
کل انرژی مورد نیاز چقدر خواهد بود؟
5- چرا کامپیوترهای فوتونی میتوانند
سرعت پردازش بسیار بالاتری نسبت به کامپیوترهای الکترونیکی داشته باشند؟
پاسخ مسئله
1- محاسبه فرکانس نور
از رابطه زیر استفاده میکنیم:
f = c / λ
ابتدا طول موج را به متر تبدیل میکنیم:
λ = 500 × 10-9 m
جایگذاری:
f = (3 × 108) / (500 × 10-9)
f = 6 × 1014 Hz
2- انرژی یک فوتون
از رابطه:
E = hf
جایگذاری:
E = (6.63 × 10-34) (6 × 1014)
E ≈ 3.98 × 10-19 J
3- انرژی برای یک بیت اطلاعات
هر بیت به 500 فوتون نیاز دارد:
Ebit = 500 × 3.98 × 10-19
Ebit ≈ 1.99 × 10-16 J
4- انرژی برای ذخیره 109 بیت
E = (109) (1.99 × 10-16)
E ≈ 1.99 × 10-7 J
5- علت سرعت بالای کامپیوترهای فوتونی
- فوتونها با سرعت نور حرکت میکنند.
- مقاومت الکتریکی و اتلاف گرمایی بسیار کمتر است.
- امکان انتقال همزمان چندین طول موج (چند کانال اطلاعاتی) وجود دارد.
- تداخل الکترومغناطیسی کمتر از سیستمهای الکترونیکی است.
جمعبندی
در کامپیوترهای فوتونی،
اطلاعات میتواند به صورت فوتونهای نور ذخیره و منتقل شود.
به دلیل سرعت زیاد نور و اتلاف کم،
این فناوری میتواند نسل آینده سیستمهای پردازش اطلاعات باشد.
در این وبلاگ به ریاضیات و کاربردهای آن و تحقیقات در آنها پرداخته می شود. مطالب در این وبلاگ ترجمه سطحی و اولیه است و کامل نیست.در صورتی سوال یا نظری در زمینه ریاضیات دارید مطرح نمایید .در صورت امکان به آن می پردازم. من دوست دارم برای یافتن پاسخ به سوالات و حل پروژه های علمی با دیگران همکاری نمایم.در صورتی که شما هم بامن هم عقیده هستید با من تماس بگیرید.