ينفق المعالج الحديث جزءًا مفاجئًا من طاقته لا على الحساب، بل على نقل البيانات من مكان إلى آخر. ومع نمو نماذج الذكاء الاصطناعي تصبح هذه الكلفة مشكلة جدية لمراكز البيانات. ونتيجتان من عام 2026 تشيران إلى الحل نفسه: استخدام الضوء بدل الكهرباء لنقل المعلومات داخل الحواسيب[1][2].
لماذا يكلّف نقل البيانات طاقة
أساسيات GCSE
داخل الرقاقة تتحرك البيانات إشاراتٍ كهربائية عبر أسلاك نحاسية دقيقة. ولكل سلك مقاومة، فينتقل جزء من طاقة الإشارة إلى السلك على شكل حرارة (P = I²R). والإشارات الأسرع تزيد الأمر سوءًا، ويجب بعد ذلك إزالة كل تلك الحرارة بالمراوح وأنظمة التبريد التي تستهلك طاقة أكبر. وبكلمات فريق DTU، فإن استخدام الكهرباء لنقل البيانات «يحد من السرعة ويولّد الحرارة»[1].
تفقد الإلكترونات في سلك النحاس طاقتها على شكل حرارة؛ وتنتقل الفوتونات في الموجّه الموجي البصري بلا فقد تقريبًا. والجزء الصعب هو بناء ليزرات صغيرة وفعّالة بما يكفي لوضع الآلاف منها على رقاقة. مخطط توضيحي.
الضوء يشغّل الإنترنت أصلًا
أنت تستخدم نقل البيانات البصري كل يوم: فالإنترنت عبر الألياف والوصلات بين مراكز البيانات تنقل المعلومات نبضاتٍ ضوئية، مستعينة بالانعكاس الكلي الداخلي لإبقاء الضوء داخل الليف الزجاجي. ويستطيع الضوء نقل كميات هائلة من البيانات بفقد ضئيل جدًا. والتحدي هو تصغير مصدر الضوء والمفاتيح إلى مقياس الرقاقة.
النتيجة 1: ليزر نانوي يتغلب على حد الحجم
تعمّق A-Level
لا يمكن بسهولة جعل تجاويف الليزر العادية أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء الذي تنتجه. وفي فبراير 2026 أفادت مجموعة يسبر مورك في الجامعة التقنية الدنماركية (DTU) في Science Advances بليزر نانوي يركّز تجويفه النانوي الفوتونات والإلكترونات في منطقة صغيرة جدًا؛ ويقول مورك إنه «يكسر الحد التقليدي لمدى صغر الليزرات»[1]. وهو يعمل في درجة حرارة الغرفة بقدرة ضئيلة جدًا، ويمكن مبدئيًا وضع الآلاف منه على رقاقة واحدة[1]. ويقدّر مورك أن الليزرات النانوية قد تخفض إلى النصف استهلاك الحواسيب للطاقة[1].
النتيجة 2: نصف ضوء ونصف مادة
الضوء ممتاز لنقل البيانات، لكن الفوتونات لا تكاد تتفاعل فيما بينها، ما يصعّب استخدام الضوء لـتبديل ضوء آخر، وهو أساس أي منطق. وفي مايو 2026 أفادت مجموعة بو جين في جامعة بنسلفانيا في Physical Review Letters بطريقة للالتفاف على ذلك باستخدام البولاريتونات الإكسيتونية: جسيمات هجينة تتكوّن حين تقترن الفوتونات اقترانًا قويًا بالإلكترونات في شبه موصل بسماكة ذرية[2]. وهي تجمع سرعة الضوء وقدرة المادة على التفاعل، ما يتيح تبديل الإشارات البصرية دون تحويلها مرارًا إلى إشارات كهربائية والعكس[2]. وكانت طاقة التبديل نحو 4 × 10⁻¹⁵ جول[2].
تحقّق سريع
لماذا يهدر توصيل نحاسي داخل الرقاقة الطاقة؟
الفرق الذي يخلط بينه الطلاب غالباً
التقدير ليس قياسًا.
سؤال بنمط الامتحان
سلك داخل رقاقة مقاومته 2.0 Ω ويمر فيه تيار شدته 0.010 A. احسب القدرة المنقولة على شكل حرارة، واقترح ميزة واحدة لاستبدال هذه التوصيلات بوصلات بصرية. [3 درجات]
إظهار الإجابة النموذجية وتوزيع الدرجات
- P = I²R = (0.010)² × 2.0 (درجة واحدة)
- P = 2.0 × 10⁻⁴ W (درجة واحدة)
- الوصلات البصرية تفقد طاقة قليلة جدًا على شكل حرارة / يمكنها نقل البيانات بمعدلات أعلى / تقلل التبريد اللازم (درجة واحدة)
ما يركّز عليه الممتحن: اختيار المعادلة الصحيحة وتربيع التيار، ثم ميزة واضحة ومحددة.
خطأ شائع: استخدام P = IR (ليست معادلة صحيحة) أو نسيان تربيع التيار.
يظهر نقل البيانات والمعالجات وكفاءة الطاقة في كل مقررات علوم الحاسوب لمستوى GCSE وA-Level. ولجانب الشبكات اقرأ Wi-Fi مقابل Ethernet؛ ولمعرفة لماذا تهم الكفاءة في البرمجيات أيضًا، راجع شرح ترميز O الكبير.
المصادر ولمزيد من القراءة
- DTU: Microscopic laser can halve a computer's energy use (Feb 2026) — Science Advances، مورك، حد الحجم، تقدير، 5–10 سنوات
- ScienceDaily: This breakthrough uses light-matter particles to power AI (May 2026) — Penn، Physical Review Letters، بولاريتونات إكسيتونية، 4 × 10⁻¹⁵ J
- ScienceDaily: Tiny nanolaser could cut computer energy use in half (Sep 2026) — تغطية إضافية
آخر مراجعة: 5 أكتوبر 2026. الأرقام قيم نموذجية منشورة، والقواعد قد تتغيّر. صياغة الامتحانات تختلف باختلاف المواصفة الدراسية، لذا تحقّق من مواصفتك أنت.
أسئلة شائعة
لماذا تستخدم الحواسيب الضوء بدل الكهرباء؟
نقل البيانات عبر أسلاك النحاس يهدر الطاقة على شكل حرارة بسبب المقاومة، ويزداد الأمر سوءًا مع ارتفاع معدلات البيانات. أما الضوء الذي ينتقل في موجّهات موجية بصرية دقيقة فلا يكاد يفقد طاقة في الطريق، ويستطيع حمل البيانات بسرعة كبيرة، ولا يسخّن الرقاقة بالطريقة نفسها. والضوء ينقل اليوم البيانات بين مراكز البيانات عبر الألياف البصرية؛ والهدف هو إحضاره إلى الرقاقة نفسها.
ماذا حقق الليزر النانوي من DTU؟
أفاد باحثون في الجامعة التقنية الدنماركية بقيادة يسبر مورك في Science Advances (فبراير 2026) بليزر نانوي يتجاوز الحد التقليدي لصغر الليزر بحبس الضوء والإلكترونات في منطقة صغيرة جدًا، ويعمل في درجة حرارة الغرفة بقدرة ضئيلة جدًا. ويقدّر مورك أن مثل هذه الليزرات قد تخفض استهلاك الحواسيب للطاقة إلى النصف، لكن هذا تقدير لا نتيجة مقيسة.
ما البولاريتون الإكسيتوني؟
هجين من الضوء والمادة يتكوّن حين تقترن الفوتونات اقترانًا قويًا بالإكسيتونات (أزواج إلكترون–فجوة مترابطة) في شبه موصل. وأفاد باحثون في جامعة بنسلفانيا في Physical Review Letters (مايو 2026) بأن هذه الجسيمات في شبه موصل بسماكة ذرية يمكنها تبديل الإشارات البصرية باستخدام نحو 4 × 10⁻¹⁵ جول.
متى ستكون لدينا حواسيب تعمل بالضوء؟
ليس قريبًا بشكل كامل. فما زال ليزر DTU النانوي يحتاج إلى تشغيله بالضوء بدل الكهرباء، وهو ما يسميه الفريق التحدي الكبير التالي، مع تقدير 5–10 سنوات لحل المشكلات التقنية المتبقية. وعمل بنسلفانيا أيضًا في مرحلة البحث.
تقييمات وآراء القراء
قيّم هذا المقال في عدة جوانب مختلفة — تقييمك يساعد القراء الآخرين، ويساعدنا على التحسّن.
هل كان هذا المقال مفيداً؟
أخبرنا برأيك — تصحيح، سؤال لم تتم الإجابة عنه، أو موضوع تودّ أن نغطيه لاحقاً.
تفضّل التحدث مباشرة؟ احجز مكالمة فيديو مجانية في الوقت الذي يناسبك: 15 دقيقة لسؤال سريع، و30 دقيقة لغير ذلك. تظهر المواعيد بتوقيتك المحلي.
عن الكاتب
Sudershan Soni
المؤسس والمدرّس الرئيسي في موستاك — مدرّس رياضيات وعلوم وعلوم حاسوب و STEM حاصل على الماجستير بخبرة تتجاوز 20 عاماً، يدرّس الطلاب من اختبار +11 و GCSE حتى A-Level وما بعده، عبر الإنترنت حول العالم.
اقرأ الملف الكامل