فوتونیک و هوش مصنوعی(بخش دوم)فوتونیک چیست و چگونه کار می‌کند؟

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چگونه اینترنت پرسرعت یا دستگاه‌های پیشرفته پزشکی کار می‌کنند؟ پاسخ در یک کلمه نهفته است: فوتونیک. فوتونیک، علم استفاده از نور برای انتقال و پردازش داده‌ها، در حال تغییر آینده فناوری است. در این مقاله، که دومین بخش از سلسله مقالات فوتونیک و هوش مصنوعی است، با اصول اولیه فوتونیک، نحوه عملکرد آن، و نقش آن در فناوری‌های مدرن آشنا می‌شوید. بیایید این سفر نوری را آغاز کنیم!

فوتونیک چیست؟

فوتونیک شاخه‌ای از علم است که به تولید، انتقال، و پردازش نور (فوتون‌ها) می‌پردازد، برخلاف الکترونیک که از الکترون‌ها برای این کار استفاده می‌کند. به زبان ساده، فوتونیک از نور برای انتقال اطلاعات یا انجام محاسبات استفاده می‌کند. برای مثال، وقتی با اینترنت پرسرعت فیلم تماشا می‌کنید، فیبرهای نوری که از فناوری فوتونیک بهره می‌برند، داده‌ها را با سرعت نور منتقل می‌کنند [1].

فوتونیک در قلب فناوری‌های مدرن، از مخابرات گرفته تا تصویربرداری پزشکی، قرار دارد. این فناوری به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردش، جایگزینی قدرتمند برای سیستم‌های الکترونیکی سنتی است.

منابع:
[1] Fundamentals of Photonics (MIT OCW, Chapter 1, 2006).

فوتونیک چگونه کار می‌کند؟

فوتونیک از فوتون‌ها (ذرات نور) برای انتقال و پردازش داده‌ها استفاده می‌کند. این فرآیند شامل سه مرحله اصلی است: تولید نور (مثلاً توسط لیزرها)، انتقال نور (مثلاً از طریق فیبرهای نوری)، و پردازش نور (مثلاً با تراشه‌های فوتونیکی). برخلاف سیستم‌های الکترونیکی که داده‌ها را با جریان الکتریکی منتقل می‌کنند، فوتونیک از امواج نوری استفاده می‌کند که سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر هستند [2].

برای مثال، در یک تراشه فوتونیکی، نور از طریق موج‌برهای نوری (waveguides) هد norms شده و با استفاده از مدولاتورها پردازش می‌شود. این فناوری امکان انجام محاسبات پیچیده را با سرعت بالا فراهم می‌کند، که برای کاربردهای هوش مصنوعی حیاتی است [3].

منابع:
[2] Optics for AI and AI for Optics (MDPI, 2020).
[3] P-ReTI: A Photonic Accelerator for Green and Real-Time AI (ACM, 2024).

ویژگی‌های کلیدی فوتونیک

فوتونیک به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردش در حال تبدیل شدن به ستون فقرات فناوری‌های آینده است. مهم‌ترین ویژگی‌های آن عبارت‌اند از:

پهنای باند بالا: فوتونیک می‌تواند حجم عظیمی از داده‌ها را با سرعت نور منتقل کند، که برای اینترنت پرسرعت و مراکز داده حیاتی است [1].
پردازش موازی: نور امکان انجام چندین محاسبه به‌صورت هم‌زمان را فراهم می‌کند، که برای هوش مصنوعی و محاسبات پیچیده ایده‌آل است [3].
مصرف انرژی کم: سیستم‌های فوتونیکی گرمای کمتری تولید می‌کنند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند، که آن‌ها را به گزینه‌ای سبز تبدیل می‌کند [4].

این ویژگی‌ها فوتونیک را به راه‌حلی مناسب برای چالش‌های محاسباتی مدرن، از جمله هوش مصنوعی، تبدیل کرده‌اند.

منابع:
[1] Fundamentals of Photonics (MIT OCW, Chapter 1, 2006).
[3] P-ReTI: A Photonic Accelerator for Green and Real-Time AI (ACM, 2024).
[4] Symbiotic Evolution of Photonics and AI (SPIE Digital Library, 2025).

اجزای اصلی فوتونیک

فوتونیک از اجزای مختلفی تشکیل شده که هر کدام نقش کلیدی در عملکرد آن دارند:

فیبرهای نوری: کابل‌هایی که داده‌ها را با نور منتقل می‌کنند و در اینترنت پرسرعت و مخابرات استفاده می‌شوند [1].
لیزرها: منابع نوری که برای تولید نور دقیق و قدرتمند استفاده می‌شوند، مانند لیزرهای موجود در دستگاه‌های پزشکی [4].
تراشه‌های سیلیکونی فوتونیک: تراشه‌هایی که نور را برای پردازش داده‌ها هدایت می‌کنند و در هوش مصنوعی کاربرد دارند [3].
مدولاتورهای نوری: دستگاه‌هایی که نور را برای پردازش اطلاعات تغییر می‌دهند [4].

این اجزا با هم کار می‌کنند تا فوتونیک را به فناوری‌ای قدرتمند برای محاسبات و ارتباطات تبدیل کنند.

فوتونیک در ایران

در ایران، فوتونیک در پروژه‌های مخابراتی و پزشکی در حال توسعه است. برای مثال، شبکه‌های فیبر نوری شرکت مخابرات ایران از فناوری فوتونیک برای ارائه اینترنت پرسرعت استفاده می‌کنند [5]. همچنین، کنفرانس‌های داخلی مانند «نخستین رویداد ملی توسعه کسب‌وکار فوتونیک ایران» (1404) بر کاربردهای فوتونیک در تصویربرداری پزشکی و اینترنت اشیا تمرکز کرده‌اند [6]. این تلاش‌ها نشان‌دهنده پتانسیل ایران برای پیشرفت در این حوزه است.

منابع:
[5] گزارش دیجیاتو، «تمرکز معاونت علمی بر فوتونیک و هوش مصنوعی» (1404).
[6] وب‌سایت انجمن اپتیک و فوتونیک ایران (opsi.ir), کارگاه‌های 31 اردیبهشت 1404.