Ključni izsledki
- Raziskovalci pravijo, da bi preboj pri uporabi svetlobe za pošiljanje informacij lahko vodil do pripomočkov z izjemno nizko porabo energije.
- Raziskovalci so uporabili novo vrsto polprevodnika za ustvarjanje kvantnih pik, razporejenih kot jajčna škatla.
- Nova raziskava je med množico novih tehnologij, ki bi lahko omogočile naprave z izjemno nizko porabo energije.
Nedavni preboj pri pošiljanju informacij s pomočjo svetlobe bi lahko vodil do pripomočkov z izjemno nizko porabo energije.
Raziskovalci so pokazali, kako bi lahko uporabili kvantni učinek, znan kot nelinearnost, za spreminjanje in zaznavanje šibkih svetlobnih signalov. Razvoj bi lahko sčasoma uporabili v osebnih elektronskih napravah. Vendar ne pričakujte, da boste v Best Buy kmalu videli kvantni pripomoček.
"Pristop, opisan v tem članku, je ustrezen in vznemirljiv, vendar se zdi, da je še daleč od uvedbe," Scott Hanson, ustanovitelj in glavni tehnološki direktor Ambiqa, podjetja, specializiranega za naprave z nizko porabo energije, je rekel v intervjuju po elektronski pošti.
"Čipi, ki se uporabljajo v današnjih najnovejših pripomočkih, temeljijo na približno enakih 'stikalih' na osnovi silicija, ki so prisotna že desetletja. Celo manjše spremembe v načinu izdelave teh čipov trajajo več let, da se uvedejo."
Kvantni učinki vodijo do odkritij
Raziskovalci so uporabili novo vrsto polprevodnika za ustvarjanje kvantnih pik, razporejenih kot jajčna škatla. Ekipa je izdelala to energijsko pokrajino iz jajčne škatle z dvema kosmičema polprevodnika, ki veljata za dvodimenzionalna materiala, ker sta narejena iz ene same molekularne plasti, debele le nekaj atomov.
Dvodimenzionalni polprevodniki imajo kvantne lastnosti, ki se zelo razlikujejo od večjih kosov, in jih je mogoče uporabiti v napravah z nizko porabo energije.
Da bi bilo to trajnostno, moramo najti način za ohranitev življenjske dobe baterije – kar pomeni delovanje elektronike z manj energije.
"Raziskovalci so se spraševali, ali je mogoče zaznavne nelinearne učinke obdržati pri izjemno nizkih ravneh moči - do posameznih fotonov. To bi nas pripeljalo do temeljne spodnje meje porabe energije pri obdelavi informacij," Hui Deng, profesor fizike in višji avtor članka v Nature, ki opisuje raziskavo, je dejal v sporočilu za javnost.
Eden ključnih izzivov, ki so ga raziskovalci morali premagati, je bil, kako nadzorovati kvantne pike. Da bi s svetlobo nadzorovali pike kot skupino, je ekipa zgradila resonator tako, da je na dnu naredila eno ogledalo, nanj položila polprevodnik in nato na vrh polprevodnika položila drugo ogledalo.
"Debelino morate zelo strogo nadzorovati, tako da je polprevodnik na maksimumu optičnega polja," je v sporočilu za javnost dejal Zhang Long, podoktorski raziskovalec v Dengovem laboratoriju in prvi avtor tega papirja..
Novi 2D polprevodniki bi lahko kvantne naprave segreli na sobno temperaturo namesto ekstremnega mraza, ki je trenutno potreben.
»Bližamo se koncu Moorovega zakona,« je dejal Steve Forrest, profesor inženiringa in soavtor prispevka, pri čemer se je skliceval na trend podvojitve gostote tranzistorjev na čipu vsaki dve leti v sporočilo za javnost.
"Dvodimenzionalni materiali imajo veliko razburljivih elektronskih in optičnih lastnosti, ki nas lahko dejansko pripeljejo v tisto deželo onstran silicija."
Če se bo Dengova raziskava izplačala, bi lahko naprave z izjemno nizko porabo energije (ULPD) uporabnikom zelo koristile, je v intervjuju po elektronski pošti dejal Charlie Goetz, izvršni direktor podjetja Powercast, brezžične elektrarne."Omogočila bodo konfiguracijo in uvedbo vseprisotnih omrežij IoT. Ta bodo nato napajala AI, ki lahko nato pretvori količino vnosa v kakovosten izhod," je dodal.
"ULPD bodo spodbudni dejavnik, ki bo vodil - do bolj zelenih, varnejših, učinkovitejših - pametnih mest prihodnosti."
Raziskovanje številnih poti do nizke moči
Raziskovalci raziskujejo številne druge tehnologije, ki bi lahko omogočile naprave z izjemno nizko porabo energije.
"V zadnjih nekaj letih je bil na področju sistemov na čipu (SoC) dosežen impresiven napredek," je dejal Goetz. "Te naprave z nizko porabo energije lahko leta delujejo na baterijo in, kar je še pomembneje, se lahko napajajo brezžično na daljavo z uporabo radijskih frekvenc ali v nekaterih primerih infrardeče povezave."
Človeška rasa plava v baterijah od pametnega telefona do požarnih alarmov, je dejal Hanson. "To hitro postaja neobvladljivo, saj postajajo naša oblačila, domovi in mesta okoli nas 'pametni' in 'povezani'," je dodal.
"Da bi bilo to trajnostno, moramo najti način za ohranitev življenjske dobe baterije – kar pomeni delovanje elektronike z manj energije. Tehnologije, ki dosegajo ta cilj 'srkanja manj energije', so ključne."
