مدارهای کوانتومی توپولوژیکال در سوئیچینگ ماتریسی فوتونیک برای دیتاسنترهای تمام نوری بالای ۱۰۰ ترابیت

با رشد انفجاری ترافیک داده در مقیاس جهانی، نیاز به معماری های سوئیچینگ و شبکه ای جدید که بتوانند همگام با حجم پردازش داده های مراکز داده نسل بعدی عمل کنند، بیش از پیش افزایش یافته است. سیستم های الکترونیکی مرسوم با وجود پیشرفت های قابل توجه، به دلیل محدودیت های فیزیکی در مصرف توان، تلفات حرارتی، تاخیر سیگنال و اشباع نرخ انتقال داده، قادر به پاسخگویی به نیازهای پردازش کلان مقیاس مراکز داده آینده نیستند. در این میان، معماری های فوتونیکی و به ویژه شبکه های تمام نوری که در آن های داده بدون تبدیل سیگنال بین حوزه های الکتریکی و نوری هدایت و پردازش می شود، به عنوان یکی از نوآورانه ترین و آینده دارترین فناوری ها مطرح شده اند. با این حال، پیاده سازی شبکه های تمام نوری نیازمند توسعه ساختارهایی است که بتوانند سوئیچینگ پرسرعت، پایدار، مقاوم نسبت به نویز محیطی و مقیاس پذیر در ابعاد چندصد ترابیت را تضمین کنند. مدارهای کوانتومی توپولوژیکال، که بر مبنای رفتار حالت های کوانتومی محافظت شده توپولوژیک در موجبرهای فوتونیکی طراحی می شوند، روشی نوین برای ایجاد سوئیچینگ نوری بدون تداخل، مقاوم نسبت به نقص های ساخت، نویز حرارتی، پراکندگی محیطی و اعوجاج های مسیر فراهم می کنند و امکان حرکت فوتون ها در مسیرهای مشخص بدون تلفات را به وجود می آورند. این مقاله با تمرکز بر تلفیق فیزیک حالت جامد کوانتومی، فوتونیک سیلیکونی، توپولوژی ریاضی و معماری شبکه دیتاسنتری، به بررسی جامع کاربرد مدارهای کوانتومی توپولوژیک در ساخت سوییچینگ ماتریسی فوتونیک برای مراکز داده تمام نوری با ظرفیت بیش از ۱۰۰ ترابیت بر ثانیه می پردازد. در این پژوهش اصول فیزیکی حاکم بر حمل ونقل توپولوژیک، طراحی موجبرهای محافظت شده کوانتومی، نحوه کدگذاری داده بر پایه مدهای لبه ای، محدودیت های ساخت و یکپارچه سازی با معماری هایبرگرید سیلیکونی تحلیل می شود. همچنین چالش های زیرساختی مانند نویز حرارتی، خطای فاز، حساسیت به اعوجاج فوتونی، چیدمان ماتریسی و زمان پاسخ سوییچ مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده می شود که چرا معمار ی های توپولوژیک می توانند راه حل نسل بعدی برای مراکز داده فوق سریع و کم مصرف باشند. روش های طراحی، تحلیل و مدل سازی سیستم های ۱۰۰ تا هزار ترابیتی، به همراه دورنمای توسعه و مزیت رقابتی نسبت به سوییچینگ الکترونیکی و فوتونیک کلاسیک نیز ارائه شده است.

کلیدواژه ها:

فوتونیک ، سوئیچینگ تمام نوری ، مدارهای کوانتومی توپولوژیک ، مراکز داده فوق سریع ، موجبرهای محافظت شده کوانتومی ، شبکه های ۱۰۰ ترابیتی ، فوتونیک سیلیکونی