Klíčové poznatky
- Výzkumníci tvrdí, že průlom v používání světla k odesílání informací by mohl vést k gadgetům s extrémně nízkou spotřebou energie.
- Výzkumníci použili nový druh polovodiče k vytvoření kvantových teček uspořádaných jako krabice od vajec.
- Nový výzkum patří mezi řadu nových technologií, které by mohly umožnit zařízení s extrémně nízkou spotřebou energie.
Nedávný průlom v odesílání informací pomocí světla by mohl vést k gadgetům s extrémně nízkou spotřebou energie.
Výzkumníci ukázali, jak mohou využít kvantový efekt známý jako nelinearita k úpravě a detekci slabých světelných signálů. Vývoj by nakonec mohl být použit v zařízeních osobní elektroniky. Neočekávejte však, že v nejbližší době uvidíte v Best Buy kvantový gadget.
"Přístup popsaný v tomto článku je relevantní a vzrušující, ale zdá se, že je daleko od nasazení," Scott Hanson, zakladatel a technologický ředitel společnosti Ambiq, která se specializuje na zařízení s nízkou spotřebou, řekl v e-mailovém rozhovoru.
"Čipy používané v dnešních nejnovějších gadgetech jsou založeny na zhruba stejných "přepínačích" na bázi křemíku, které existují po celá desetiletí. I drobné změny ve způsobu výroby těchto čipů trvá mnoho let, než se implementují."
Kvantové efekty vedou k objevu
Výzkumníci použili nový druh polovodiče k vytvoření kvantových teček uspořádaných jako krabice od vajec. Tým vytvořil tuto energetickou krajinu z krabiček na vejce se dvěma vločkami polovodiče, které jsou považovány za dvourozměrné materiály, protože jsou vyrobeny z jediné molekulární vrstvy o tloušťce jen několika atomů.
Dvourozměrné polovodiče mají kvantové vlastnosti, které se velmi liší od větších kusů a lze je použít v zařízeních s nízkou spotřebou.
Aby to bylo udržitelné, musíme najít způsob, jak zachovat životnost baterií – což znamená provozovat elektroniku s menším výkonem.
"Výzkumníci si kladli otázku, zda lze detekovatelné nelineární efekty udržet při extrémně nízkých úrovních výkonu - až na jednotlivé fotony. To by nás přivedlo k základní spodní hranici spotřeby energie při zpracování informací," Hui Deng, profesor fyziky a hlavní autor článku v Nature popisující výzkum, uvedl v tiskové zprávě.
Jednou z klíčových výzev, které museli výzkumníci překonat, bylo, jak ovládat kvantové tečky. Aby bylo možné ovládat tečky jako skupinu se světlem, postavil tým rezonátor tak, že vyrobil jedno zrcadlo ve spodní části, polovodič položil na něj a pak umístil druhé zrcadlo na polovodič.
„Musíte velmi pevně kontrolovat tloušťku, aby byl polovodič na maximu optického pole,“uvedl v tiskové zprávě Zhang Long, postdoktorandský výzkumný pracovník v Dengově laboratoři a první autor článku..
Nové 2D polovodiče by mohly kvantová zařízení přivést na pokojovou teplotu, nikoli na extrémní chlad, který je v současnosti vyžadován.
„Blížíme se ke konci Moorova zákona,“řekl Steve Forrest, profesor inženýrství a spoluautor článku, s odkazem na trend, kdy se hustota tranzistorů na čipu zdvojnásobuje každé dva roky. tisková zpráva.
"Dvourozměrné materiály mají mnoho vzrušujících elektronických a optických vlastností, které nás ve skutečnosti mohou zavést do té země za křemíkem."
Pokud se Dengův výzkum vyplatí, zařízení s ultra nízkou spotřebou energie (ULPD) by mohla být pro uživatele obrovským přínosem, řekl v e-mailovém rozhovoru Charlie Goetz, generální ředitel Powercast, společnosti zabývající se bezdrátovým napájením."Umožní konfiguraci a nasazení všudypřítomných sítí IoT. Ty zase budou živit umělou inteligenci, která pak může převádět množství vstupu na kvalitní výstup," dodal.
"ULPD budou faktorem, který umožní ekologičtější, bezpečnější a efektivnější chytrá města budoucnosti."
Prozkoumávání mnoha cest k nízké spotřebě
Výzkumníci zkoumají řadu dalších technologií, které by mohly umožnit zařízení s extrémně nízkou spotřebou energie.
„V posledních letech došlo k působivému pokroku v prostoru System on a Chip (SoC), “řekl Goetz. "Tato nízkoenergetická zařízení mohou fungovat roky na baterii, a co je důležitější, mohou být napájena bezdrátově na dálku pomocí rádiových frekvencí nebo v některých případech infračerveného."
Lidská rasa plave v bateriích od smartphonu po požární hlásiče, řekl Hanson. „To se rychle stává nezvládnutelným, protože naše oblečení, domovy a města kolem nás se stávají ‚chytrými‘a ‚propojenými‘,“dodal.
„Aby to bylo udržitelné, musíme najít způsob, jak ušetřit životnost baterií – což znamená provozovat elektroniku s menším výkonem. Technologie, které dosahují tohoto cíle „upití méně energie“, jsou kritické.“
