আধুনিক প্রযুক্তির জগতে আলোর ব্যবহার দিন দিন বেড়ে চলছে। এর প্রধান কারণ হচ্ছে, আলো দিয়ে তথ্য প্রেরণ করা খুবই দ্রুত এবং নির্ভরযোগ্য। ফাইবার অপটিক ক্যাবল দিয়ে আমরা অল্প সময়ের মধ্যে বিপুল পরিমাণ তথ্য প্রেরণ করতে পারি। কিন্তু যখন এই তথ্য প্রক্রিয়াকরণে প্রয়োজন হয়, তখন আলোর সংকেতগুলো একটি বড় প্রতিবন্ধকতার সম্মুখীন হয়। এই সংকেতগুলোকে প্রথমে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করে প্রক্রিয়াকরণ করতে হয়, তারপর আবার আলোক সংকেত হিসেবে পাঠানো হয়। এর ফলে সময় এবং শক্তি উভয়েরই অপচয় হয়। এই সমস্যার সমাধান হিসেবে এসেছে একটি নতুন প্রযুক্তি, যেটি হচ্ছে অল-অপটিকাল সুইচ। এই সুইচটি এমন এক প্রযুক্তি, যা আলোক সংকেত নিয়ন্ত্রণ করতে পারে অন্য একটি আলোক সংকেতের সাহায্যে, তাতে বৈদ্যুতিক রূপান্তরের প্রয়োজন হয় না। ফলে ফাইবার অপটিক যোগাযোগ ব্যবস্থায় সময় এবং শক্তি উভয়ই সাশ্রয় হয়।
মিশিগান বিশ্ববিদ্যালয়ের নেতৃত্বাধীন একটি গবেষণা দল একটি নতুন ধরনের অল-অপটিকাল সুইচ আবিষ্কার করেছে। এই সুইচটি পালসিং গোলীয় মেরুকরণযুক্ত আলো ব্যবহার করে কাজ করে, যা হেলিক্সের মতো পাকানো আকারে আবর্তিত হয়। এই আলোকে একটি অপটিকাল ক্যাভিটির মধ্যে প্রবেশ করানো হয়, যা আলোর শক্তিকে বহুগুণে বাড়িয়ে তোলে। এই ক্যাভিটির মধ্যে একটি অতিপাতলা সেমিকন্ডাক্টর স্তর রয়েছে, যা আলোক সংকেত প্রক্রিয়াকরণে সাহায্য করে।
এই নতুন সুইচটি এক্সক্লুসিভ অর (XOR) লজিক গেট হিসেবে কাজ করতে পারে, যা তখনই আউটপুট সংকেত দেয় যখন একটি আলোক ইনপুট ডানদিকে এবং অন্যটি বামদিকে পাক খায়, কিন্তু যখন দুটোই একই দিকে পাক খায় তখন কোনো আউটপুট দেয় না। এই ধরনের সুইচ তথ্য প্রক্রিয়াকরণের ক্ষেত্রে অপটিকাল কম্পিউটিং এবং অপটিকাল নিউরাল নেটওয়ার্ক তৈরির প্রথম ধাপ হিসেবে কাজ করতে পারে।
আরও পড়ুনঃ স্বল্প শক্তি ব্যায় করে বাতাস থেকে পানি সংগ্রহ
অপটিকাল কম্পিউটিংয়ের অন্যতম সুবিধা হলো এর কম শক্তি খরচ। মিশিগান বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক স্টিফেন ফরেস্ট জানান, “অপটিকাল কম্পিউটিংয়ের সফলতার চাবিকাঠি হলো এর অত্যন্ত কম শক্তি খরচ। আমাদের গবেষণা দল এই সমস্যার সমাধানে কাজ করেছে, যেখানে আমরা অস্বাভাবিক দুই-মাত্রিক পদার্থ ব্যবহার করে অত্যন্ত কম শক্তিতে তথ্য সুইচ করেছি।” এই প্রক্রিয়ায় গবেষকরা হেলিকাল লেজারকে নির্দিষ্ট বিরতিতে পালস করে একটি অপটিকাল ক্যাভিটির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করেছেন, যা আলোর শক্তি বহুগুণে বাড়িয়ে তোলে।
এই অপটিকাল ক্যাভিটির মধ্যে টাংস্টেন ডিজেলেনাইড (WSe2) নামে একটি এক-মলিকুল পুরু সেমিকন্ডাক্টর স্তর সংযোজিত হয়। এতে শক্তিশালী, দোলনকারী আলো সেমিকন্ডাক্টরের ইলেকট্রনের শক্তির ব্যান্ডগুলো বড় করে তোলে, যা অপটিকাল স্টার্ক ইফেক্ট নামে পরিচিত একটি ননলিনিয়ার অপটিকাল প্রক্রিয়া। এর ফলে যখন কোনো ইলেকট্রন উচ্চতর অর্বিটালে যায়, তখন এটি আরও বেশি শক্তি শোষণ করে এবং নিচে নামলে আরও বেশি শক্তি নির্গত করে, যা ব্লু শিফটিং নামে পরিচিত।
সংকেত আলোক পরিবর্তনের পাশাপাশি, অপটিকাল স্টার্ক ইফেক্ট একটি pseudo-ম্যাগনেটিক ক্ষেত্র তৈরি করে, যা ইলেকট্রনিক ব্যান্ডগুলোকে একই রকম প্রভাবিত করে যেভাবে একটি বাস্তব ম্যাগনেটিক ক্ষেত্র করে থাকে। এর কার্যকর শক্তি ছিল ২১০ টেসলা, যা পৃথিবীর সবচেয়ে শক্তিশালী চুম্বকের শক্তির দ্বিগুণ। এই অত্যন্ত শক্তিশালী বল কেবলমাত্র সেই ইলেকট্রনগুলোর জন্য অনুভূত হয় যাদের স্পিন আলোর হেলিসিটির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ থাকে। এর ফলে ইলেকট্রনিক ব্যান্ডগুলোর স্পিনগুলো একই অভিমুখে পরিচালিত হয়।
গবেষক দল আলো পাকানোর দিক পরিবর্তন করে ইলেকট্রনিক ব্যান্ডগুলোর স্পিনের ক্রম পরিবর্তন করতে সক্ষম হয়েছে। এই স্পিনের সংক্ষিপ্ত সঙ্গতি সময় বিপরীত সমতা (time reversal symmetry) নামক একটি বিষয়কেও ভঙ্গ করে। সাধারণত, সময় বিপরীত সমতা বলতে বোঝায় যে, একটি প্রক্রিয়ার ভিত্তি যে পদার্থবিজ্ঞান তা সামনে ও পিছনে একই থাকে, যার অর্থ শক্তির সংরক্ষণ। কিন্তু pseudo-ম্যাগনেটিক ক্ষেত্রের মধ্যে, সময় বিপরীত সমতা ভঙ্গ হয় কারণ বিপরীত দিকে স্পিন করা ইলেকট্রনের শক্তি ভিন্ন হয়। লেজারের মাধ্যমে বিভিন্ন স্পিনের শক্তি নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
আরও পড়ুনঃ থ্রিডি স্মার্ট এনার্জি ডিভাইস তৈরি করেছে কোরিয়ার একদল ইঞ্জিনিয়ার
মিশিগান বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদ্যা ও ইলেকট্রিক্যাল এবং কম্পিউটার ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগের অধ্যাপক হুই ডেং বলেন, “আমাদের ফলাফল নতুন অনেক সম্ভাবনার দরজা খুলে দিয়েছে, তা মৌলিক বিজ্ঞানেই হোক কিংবা প্রযুক্তিতে, যেখানে এত বিশাল চুম্বকীয় ক্ষেত্র ব্যবহারের সুযোগ তৈরি হয়েছে।”
এই নতুন অল-অপটিকাল সুইচের গবেষণা আমাদের সামনে অপটিকাল কম্পিউটিংয়ের সম্ভাবনা নিয়ে এসেছে, যা বৈদ্যুতিক কম্পিউটিংয়ের তুলনায় অনেক কম শক্তি খরচ করবে। এটি ভবিষ্যতে আরও উন্নত অপটিকাল নিউরাল নেটওয়ার্ক তৈরিতে সহায়ক হবে, যা কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার জগতে নতুন বিপ্লব ঘটাতে পারে।
আলোক পরিবর্তক প্রযুক্তির অগ্রগতির ফলে অপটিকাল কম্পিউটিং সম্ভব হবে, যেখানে কম শক্তিতে বিপুল তথ্য প্রক্রিয়াকরণ করা যাবে। এই প্রযুক্তি শুধু তথ্য প্রযুক্তি খাতেই নয়, বরং মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানেও নতুন দিগন্ত উন্মোচন করতে পারে।
