Kluczowe dania na wynos
- Naukowcy twierdzą, że przełom w wykorzystaniu światła do przesyłania informacji może prowadzić do niezwykle niskiego zużycia energii przez gadżety.
- Naukowcy użyli nowego rodzaju półprzewodnika do stworzenia kropek kwantowych ułożonych jak karton po jajku.
- Nowe badanie jest jednym z wielu nowych technologii, które mogą pozwolić na urządzenia o bardzo niskim poborze mocy.
Niedawny przełom w wysyłaniu informacji przy użyciu światła może prowadzić do skrajnie niskiego zużycia energii przez gadżety.
Naukowcy zademonstrowali, w jaki sposób mogą wykorzystać efekt kwantowy znany jako nieliniowość do modyfikowania i wykrywania słabych sygnałów świetlnych. Rozwój ostatecznie mógłby być wykorzystany w osobistych urządzeniach elektronicznych. Ale nie oczekuj, że wkrótce pojawi się kwantowy gadżet w Best Buy.
„Podejście opisane w tym artykule jest istotne i ekscytujące, ale wydaje się być dalekie od wdrożenia”, Scott Hanson, założyciel i dyrektor ds. technologii Ambiq, firmy specjalizującej się w urządzeniach o niskim poborze mocy, powiedział w wywiadzie e-mail.
"Czipy używane w dzisiejszych najnowszych gadżetach są oparte na mniej więcej tych samych krzemowych 'przełącznikach', które istnieją od dziesięcioleci. Nawet niewielkie zmiany w sposobie produkcji tych chipów wymagają wielu lat wdrożenia."
Efekty kwantowe prowadzą do odkrycia
Naukowcy użyli nowego rodzaju półprzewodnika do stworzenia kropek kwantowych ułożonych jak karton po jajku. Zespół stworzył ten energetyczny krajobraz kartonu z jajkami z dwóch płatków półprzewodnika, które są uważane za materiały dwuwymiarowe, ponieważ składają się z pojedynczej warstwy molekularnej o grubości zaledwie kilku atomów.
Półprzewodniki dwuwymiarowe mają właściwości kwantowe, które bardzo różnią się od większych kawałków i mogą być używane w urządzeniach o niskim poborze mocy.
Aby było to zrównoważone, musimy znaleźć sposób na oszczędzanie baterii, co oznacza korzystanie z elektroniki przy mniejszym zużyciu energii.
"Naukowcy zastanawiali się, czy wykrywalne efekty nieliniowe mogą być utrzymywane przy ekstremalnie niskich poziomach mocy, aż do pojedynczych fotonów. To doprowadziłoby nas do fundamentalnej dolnej granicy zużycia energii podczas przetwarzania informacji" Hui Deng, profesor fizyki i starszy autor artykułu w Nature opisującego badania, powiedział w komunikacie prasowym.
Jednym z kluczowych wyzwań, z jakim musieli się zmierzyć naukowcy, było kontrolowanie kropek kwantowych. Aby kontrolować kropki jako grupę za pomocą światła, zespół zbudował rezonator, wykonując jedno lustro na dole, kładąc na nim półprzewodnik, a następnie umieszczając drugie lustro na półprzewodniku.
„Musisz bardzo ściśle kontrolować grubość, aby półprzewodnik znajdował się w maksymalnym polu optycznym”, powiedział Zhang Long, pracownik naukowy z tytułem doktora w laboratorium Denga i pierwszy autor artykułu w komunikacie prasowym.
Nowe półprzewodniki 2D mogą doprowadzić urządzenia kwantowe do temperatury pokojowej zamiast ekstremalnego zimna, które jest obecnie wymagane.
„Zbliżamy się do końca prawa Moore'a”, powiedział Steve Forrest, profesor inżynierii i współautor artykułu, odnosząc się do trendu podwajania gęstości tranzystorów na chipie co dwa lata, w informacja prasowa.
"Materiały dwuwymiarowe mają wiele ekscytujących właściwości elektronicznych i optycznych, które mogą w rzeczywistości doprowadzić nas do krainy poza krzemem."
Jeśli badania Denga się opłacają, urządzenia o bardzo niskim poborze mocy (ULPD) mogą przynieść użytkownikom ogromne korzyści, powiedział w wywiadzie e-mailowym Charlie Goetz, dyrektor generalny Powercast, firmy zajmującej się energią bezprzewodową.„Umożliwią one konfigurowanie i wdrażanie wszechobecnych sieci IoT. Te z kolei będą zasilać sztuczną inteligencję, która może następnie przekształcić ilość danych wejściowych w wysokiej jakości dane wyjściowe” – dodał.
„Urządzenia ULPD będą czynnikiem sprzyjającym bardziej ekologicznym, bezpieczniejszym i wydajniejszym inteligentnym miastom przyszłości”.
Eksploracja wielu dróg o niskim poborze mocy
Naukowcy badają wiele innych technologii, które mogą pozwolić na urządzenia o bardzo niskim poborze mocy.
„W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił imponujący postęp w obszarze System on a Chip (SoC)”, powiedział Goetz. „Te urządzenia o niskim poborze mocy mogą działać przez lata na baterii, a co ważniejsze, mogą być zasilane bezprzewodowo na odległość za pomocą częstotliwości radiowych lub w niektórych przypadkach podczerwieni.”
Rasa ludzka pływa w bateriach od smartfonów po alarmy przeciwpożarowe, powiedział Hanson. „To szybko staje się niemożliwe do opanowania, ponieważ nasze ubrania, domy i miasta wokół nas stają się „inteligentne” i „połączone” – dodał.
„Aby to było zrównoważone, musimy znaleźć sposób na oszczędzanie baterii, co oznacza korzystanie z elektroniki przy mniejszym zużyciu energii. Technologie, które osiągają ten cel „popijania mniejszej ilości energii”, mają kluczowe znaczenie”.
