Dnešní počítače, na které spoléháme v práci i v soukromí, fungují na principu toku elektronů v křemíkových obvodech. Jenže technologie naráží na fyzikální limity a s neustálým zvyšováním hustoty tranzistorů platíme čím dál vyšší daň v podobě extrémního zahřívání, energetických ztrát a složitého managementu signálů uvnitř čipů. Jako lákavá alternativa se proto nabízí fotonika. Světlo se totiž dokáže materiály šířit s minimálním odporem a bez typického generování tepla, což je důvod, proč už dnes zcela dominuje v dálkovém přenosu dat a optických kabelech.
Proč světlo neumí počítat?
Dostat světlo do internetových kabelů je ale jedna věc, donutit ho myslet a počítat druhá. Zásadní problém tkví v tom, že fotony spolu v běžné přírodě téměř vůbec neinteragují – dva světelné paprsky skrze sebe prostě projdou, aniž by se ovlivnily. Pro logické obvody počítačů však nutně potřebujeme pravý opak, tedy aby nosiče informací dokázaly měnit stavy a provádět operace typu „if–then“. Současné fotonické systémy to řeší tak, že optický signál složitě převedou na elektřinu, v křemíku provedou výpočet a výsledek zase přeloží zpět na světlo, což přináší obrovské zpoždění a energetické ztráty.
Turning to photons for the future
— Bryan Kelly (@BryanKeIIy) May 17, 2026
With artificial intelligence pushing today's hardware to process, move, and cool more, Penn physicists led by Bo Zhen in the School of Arts & Sciences are looking to the electron's massless counterpart, the photon, to shoulder more of the…
Fyzici z Pensylvánské univerzity proto přišli s elegantním trikem, jak spojit bleskovou rychlost světla s reaktivností pevné hmoty. Vzali ultratenký polovodič tlustý pouhých několik atomových vrstev a zkombinovali ho se speciální optickou dutinou na nanosměřítku. V tomto stísněném prostoru doslova uvěznili světelné částice a donutili je, aby se začaly extrémně silně mačkat a propojovat s elektrony uvnitř materiálu. Vznikla tak hybridní kvantová struktura, která v sobě nese genetický kód obou světů.
Zrodila se hybridní částice. Má rychlost světla, ale chce do všeho kecat
Tento nový typ hybridních částic sice dál létá prostorem obrovskou rychlostí jako klasické světlo, ale zároveň získal vlastnost, která fotonům dosud chyběla – schopnost na sebe reagovat a měnit chování okolí. Pro vývojáře budoucích hardwarových architektur to znamená svatý grál. Celý systém totiž umožňuje provádět logické a výpočetní operace přímo v optické doméně. Odpadá tak nutnost neustálého překládání mezi světlem a elektřinou, což byla dosud nepřekročitelná zeď mezi pouhou komunikací a samotným počítáním.
Když se podíváme na konkrétní čísla, dostáváme se k nejvýraznějšímu úspěchu celého pokusu. Výzkumnému týmu se podařilo dosáhnout čistě optického přepínání při rekordně nízké spotřebě zhruba 4 femtojoulů, což představuje těžko představitelné čtyři biliardtiny joulu. V praxi to znamená, že energetické nároky na jednu jedinou logickou operaci klesají na absolutní minimum. To otevírá dveře pro konstrukci čipů, které by nabízely masivní výpočetní výkon bez toho, aby vyžadovaly vlastní elektrárnu a masivní chladicí věže.
Mohlo by vás zajímat
Hladová umělá inteligence nutně potřebuje nový typ křemíku
Největším tahačem a bezprostředním reálným zákazníkem pro tuto technologii je bezpochyby současný boom umělé inteligence. Obří datová centra, která trénují a pohánějí moderní jazykové a grafické modely, doslova polykají gigawatty elektřiny a jejich chlazení stojí miliardy. Pokud bychom dokázali nejnáročnější maticové výpočty umělé inteligence delegovat na tyto nové fotonické prvky s téměř nulovou ztrátou energie, dramaticky by se zlevnil provoz technologií a ulevilo by se přetížené energetické infrastruktuře.
Abychom ale nezůstali jen u bezbřehého optimismu, je nutné sportovně přiznat, že vědci zatím neukázali hotový procesor, ale pouze funkční princip na mikroskopické úrovni. Masová integrace těchto citlivých optických dutin na běžné čipy bude vyžadovat radikální proměnu výrobních linek, vyřešení stability signálu v hustých architekturách a dlouhodobé testování spolehlivosti. Pokud se to však povede, získáme obrovský bonus: nejen brutálně rychlé a úsporné počítače, ale díky stabilitě těchto hybridních částic i mnohem snazší cestu k reálným kvantovým počítačům bez nutnosti podchlazovat je na teploty blízké absolutní nule.
Zdroj: Chip.pl
video