Ключевые выводы
- Исследователи говорят, что прорыв в использовании света для передачи информации может привести к созданию гаджетов с чрезвычайно низким энергопотреблением.
- Исследователи использовали новый тип полупроводника для создания квантовых точек, расположенных как коробка для яиц.
- Новое исследование входит в число множества новых технологий, которые могут позволить создавать устройства со сверхнизким энергопотреблением.
Недавний прорыв в передаче информации с помощью света может привести к созданию гаджетов с чрезвычайно низким энергопотреблением.
Исследователи продемонстрировали, как они могут использовать квантовый эффект, известный как нелинейность, для изменения и обнаружения слабых световых сигналов. В конечном итоге разработка может быть использована в устройствах персональной электроники. Но не ожидайте увидеть квантовый гаджет в Best Buy в ближайшее время.
«Подход, описанный в этой статье, актуален и интересен, но, похоже, он далек от развертывания», - Скотт Хэнсон, основатель и главный технический директор Ambiq, фирмы, специализирующейся на устройствах с низким энергопотреблением, сказал в интервью по электронной почте.
"Чипы, используемые в новейших гаджетах, основаны примерно на тех же кремниевых "переключателях", которые использовались десятилетиями. Даже незначительные изменения в способе производства этих чипов требуют многих лет для развертывания."
Квантовые эффекты ведут к открытию
Исследователи использовали новый тип полупроводника для создания квантовых точек, расположенных как коробка для яиц. Команда создала этот энергетический пейзаж из картонной коробки для яиц с двумя чешуйками полупроводника, которые считаются двумерными материалами, поскольку состоят из одного молекулярного слоя толщиной всего в несколько атомов.
Двумерные полупроводники обладают квантовыми свойствами, которые сильно отличаются от больших кусков, и могут использоваться в устройствах с низким энергопотреблением.
Чтобы это было устойчивым, мы должны найти способ продлить срок службы батареи, что означает использование электроники с меньшим энергопотреблением.
«Исследователи задавались вопросом, могут ли обнаруживаемые нелинейные эффекты поддерживаться при чрезвычайно низких уровнях мощности - вплоть до отдельных фотонов. Это привело бы нас к фундаментальному нижнему пределу энергопотребления при обработке информации», - Хуэй Дэн, профессор физики. и старший автор статьи в Nature, описывающей исследование, говорится в пресс-релизе.
Одна из ключевых проблем, которую пришлось решить исследователям, заключалась в том, как управлять квантовыми точками. Чтобы управлять точками как группой с помощью света, команда построила резонатор, сделав одно зеркало внизу, положив полупроводник поверх него, а затем поместив второе зеркало поверх полупроводника.
«Нужно очень жестко контролировать толщину, чтобы полупроводник находился в максимальном оптическом поле», - сказал в пресс-релизе Чжан Лун, научный сотрудник с докторской степенью в лаборатории Дэна и первый автор статьи..
Новые 2D-полупроводники могут нагревать квантовые устройства до комнатной температуры, а не до крайне низких температур, которые требуются в настоящее время.
«Мы подходим к концу действия закона Мура», - сказал Стив Форрест, профессор инженерии и соавтор статьи, имея в виду тенденцию к удвоению плотности транзисторов на кристалле каждые два года в выпуск новостей.
"Двумерные материалы обладают многими захватывающими электронными и оптическими свойствами, которые фактически могут привести нас к той земле за пределами кремния."
Если исследование Дэна окупится, устройства со сверхнизким энергопотреблением (ULPD) могут принести огромную пользу пользователям, сказал в интервью по электронной почте Чарли Гетц, генеральный директор Powercast, компании по производству беспроводной энергии.«Они позволят настроить и развернуть вездесущие сети IoT. Они, в свою очередь, будут питать искусственный интеллект, который затем сможет преобразовать количество входных данных в качественный результат», - добавил он.
«УЛПД станут тем фактором, который сделает города будущего более экологичными, безопасными и эффективными».
Изучение многих путей к малой мощности
Исследователи изучают множество других технологий, которые могут позволить создавать устройства со сверхнизким энергопотреблением.
«За последние несколько лет в области систем на кристалле (SoC) были достигнуты впечатляющие успехи», - сказал Гетц. «Эти устройства с низким энергопотреблением могут годами работать от батареи и, что более важно, могут получать беспроводное питание на расстоянии с использованием радиочастот или, в некоторых случаях, инфракрасного излучения».
Человеческая раса плавает в батареях от смартфона до пожарной сигнализации, сказал Хэнсон. «Это быстро становится неуправляемым, поскольку наша одежда, дома и города вокруг нас становятся «умными» и «связанными», - добавил он.
"Для того, чтобы это было устойчивым, мы должны найти способ продлить срок службы батареи, что означает использование электроники с меньшим энергопотреблением. Технологии, которые достигают этой цели, 'потребляя меньше энергии', имеют решающее значение."
