دور الكوارتز في تكنولوجيا المعلومات

2013 الرمل والسيليكون

دنيس ماكوان

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

التكنولوجيا والعلوم التطبيقية

نتصل هذه الأيام هاتفياً مع أي مكان في العالم، ونُحمِّل الموسيقى والأفلام والكتب من شبكة الإنترنت دون إعارة ذلك ثانية من التفكير. وتُرسل الندءات والمعطيات إلينا في جزء من الطريق على الأقل على شكل أمواج ضوئية تسافر عبر ألياف الكوارتز.

وتعتمد ثورة تكنولوجيا المعلومات التي ترسّخت على مدار السنوات الثلاثين الماضية جزئياً على تصنيع الكوارتز فائق النقاوة من الرمل وعلى إشابته انتقائياً لتصنيع ألياف الكوارتز التي تنقل الضوء على مسافة آلاف الكيلومترات (الشكل 1.7).

تُرسل كمية هائلة من المطيات عبر الألياف الضوئية على شكل سلسلة من الآحاد والأصفار أو "البتات bits". ويمتلك ليف كوارتز واحد القدرة على نقل المعلومات بسرعة قدرها 1 تيرابت بالثانية (1000 مليار بت بالثانية)، وهذه السرعة تعادل مليار مرة أعلى قدرة خط هاتفي في أعوام الخمسينات 1950.

يتناول هذا الفصل كيف حققت صناعة الاتصالات إنجاز زيادة في الاستطاعة قدرها مليار مرة باستعمال ألياف الكوارتز المُصنّعة من الرمل.

عند محاولة تقدير مقدار التيرابت بالثانية من المعطيات، لنعتبر انطلاقة سباق ماراتون نيويورك حيث يمر فقط عدة آلاف من الناس على جسر فيرازانو ناروز (Verrazano Narrows)، ولنفترض أن كل من العدائين، أي بتاتنا الافتراضية، يمكنه الاجتياز بسرعة الضوء.

مع قليل من التحكم بالازدحام، يمكنهم جميعاً عبور مدخل الجسر خلال ثانية. إن هذا التيار من الناس أو البتات ما يزال 100 مرة أقل من سرعة البتات اللازمة لإرسال اتصال هاتفي رقمي وحيد. لنفكر الآن في اصطفاف كل سكان العالم (6,5 مليار) على شكل حلقة حول الكرة الأرضية تعبر مدخل جسر فيرازانو. للاتساق مع سرعة المعطيات التي يمكنها المرور عبر ليف ضوئي واحد، فإن على كل واحد من سكان العالم أن يمر عبر مدخل الجسر 1500 مرة كل ثانية.

علاوة على ذلك، وعوضاً عن المرور عبر مدخل جسر فيرازانو، فإن الضوء المار عبر الليف الضوئي يُحتجز في قلبه الذي يبلغ قطره 8 مرات أصغر من شعرة إنسان. إن جمع كل منظومات الألياف الضوئية التي تربط كل مقاسم العالم وكمية المعلومات المارة عبر ألياف الكوارتز يصبح مذهلاً حقاً.