Tachtig jaar zijn verstreken sinds ENIAC opstartte. Het was de eerste computer voor algemeen gebruik. Gebouwd door Penn-onderzoekers J. Presper Weckert en John Mauchly. Het draaide op elektronen. Dat is op dit moment nog steeds de basis van je laptop.
Maar elektronen raken een muur.
Terwijl AI-modellen ballonvaren, kreunt de hardware. Elektronen dragen lading. Die lading veroorzaakt wrijving, weerstand en hitte. We verspillen energie door de thermodynamica te bestrijden, alleen maar om te voorkomen dat chips smelten. De beperkingen zijn fysiek, moeilijk en onmiddellijk.
Bo Zhen, een natuurkundige bij Penn, wacht niet op betere fans. Hij kijkt naar licht.
Fotonen. Ze bewegen snel. Nul massa. Geen kosten. Ze ritsen over vezels zonder veel energie te verliezen. Behalve ze zijn vreselijk in het praten met elkaar. Fotonen zijn geesten. Ze passeren dwars door de logische poorten die computers nodig hebben voor schakelen en besluitvorming. Li He, co-auteur van een nieuwe studie, zegt het botweg.
“Omdat ze ladingsneutraal zijn en geen rustmassa hebben… betekent die neutraliteit dat ze nauwelijks interactie hebben, waardoor ze slecht zijn in de logica van het schakelen van signalen.”
Je hebt dus de snelste boodschappers, maar die zijn nutteloos voor wiskunde. Of zo leek het.
Licht laten gedragen als materie
Het team van Zhen heeft een oplossing gevonden. Ze dwongen fotonen niet om sociaal te zijn. Ze hebben ze op iets anders geënt.
Ze creëerden exciton-polaritonen in een atomair dunne halfgeleider. Half licht, half elektron. Een quasideeltje. Het resultaat? Je houdt de snelheid van het licht aan. Maar nu heeft het gewicht. Het interageert. Het kan signalen schakelen. Het kan berekenen.
De meeste fotonische chips van tegenwoordig spelen vals. Ze gebruiken licht voor de lange termijn, voor de gegevensoverdracht. Maar zodra ze een niet-lineaire stap zetten, zoals een activeringsfunctie in neurale netwerken, zetten ze het signaal weer om in elektriciteit. Overzetten. Berekenen. Opnieuw converteren.
Dat heen en weer gaat langzaam. Het vreet kracht. Het doet de voordelen teniet.
Bij de demo van Zhen werd de tussenpersoon overgeslagen. Schakelen met alle licht. De energiekosten? Vier biljardsten van een joule. Dat is praktisch niets. Minder energie dan het knipperen van een kleine LED.
Niet meer converteren
Als dit op grote schaal gebeurt, zijn de implicaties rommelig maar veelbelovend. Toekomstige AI-chips kunnen gegevens rechtstreeks van camerasensoren opeten. Geen elektrische vertaling vereist. Licht erin, licht uit, resultaat klaar.
Het verlaagt de energierekening voor enorme AI-systemen. Misschien. Als we de dingen op schaal kunnen bouwen. Er wordt ook gefluisterd over het ondersteunen van kwantumcomputerfuncties. Vroege dagen, uiteraard.
Wie krijgt de chips eigenlijk als eerste? De laboratoria. Altijd de laboratoria.
Het artikel, getiteld ‘Strongly Nonlinear Nanocavity…’, verscheen afgelopen april in Physical Review Letters. Zhen bekleedt het Jin K. Lee-hoogleraarschap. Hij werkte vroeger samen met He, nu assistent-professor aan de staat Montana. Zhi Wang en Bumho Kim hielpen ook.
Het geld kwam van het Navy Office en de Sloan Foundation. Het werk bestaat nu. De technische hindernissen doen dat ook.
Misschien lopen we binnenkort op licht. Of we kunnen gewoon sneller opbranden terwijl we proberen elektronen te dwingen bij te blijven. Hoe het ook zij, de stroming is aan het veranderen.
