Kľúčové poznatky
- Výskumníci tvrdia, že prelom v používaní svetla na odosielanie informácií by mohol viesť k gadgetom s extrémne nízkou spotrebou energie.
- Výskumníci použili nový druh polovodiča na vytvorenie kvantových bodov usporiadaných ako škatuľka od vajec.
- Nový výskum patrí medzi množstvo nových technológií, ktoré by mohli umožniť zariadeniam s mimoriadne nízkou spotrebou energie.
Nedávny prelom v odosielaní informácií pomocou svetla by mohol viesť k gadgetom s extrémne nízkou spotrebou energie.
Výskumníci ukázali, ako môžu použiť kvantový efekt známy ako nelinearita na úpravu a detekciu slabých svetelných signálov. Vývoj by sa nakoniec dal použiť v zariadeniach osobnej elektroniky. Nečakajte však, že v najbližšom čase uvidíte v Best Buy kvantový gadget.
"Prístup opísaný v tomto článku je relevantný a vzrušujúci, ale zdá sa, že je ďaleko od nasadenia," Scott Hanson, zakladateľ a hlavný technologický riaditeľ Ambiq, firmy, ktorá sa špecializuje na zariadenia s nízkou spotrebou, povedal v e-mailovom rozhovore.
"Čipy používané v dnešných najnovších prístrojoch sú založené na približne rovnakých "prepínačoch" na báze kremíka, ktoré existujú už desaťročia. Aj malé zmeny v spôsobe výroby týchto čipov si vyžadujú veľa rokov."
Kvantové efekty vedú k objavu
Výskumníci použili nový druh polovodiča na vytvorenie kvantových bodiek usporiadaných ako škatuľka od vajec. Tím vytvoril túto energetickú krajinu z kartónu na vajcia s dvoma vločkami polovodiča, ktoré sa považujú za dvojrozmerné materiály, pretože sú vyrobené z jednej molekulárnej vrstvy s hrúbkou len niekoľkých atómov.
Dvojrozmerné polovodiče majú kvantové vlastnosti, ktoré sa veľmi líšia od väčších kusov a možno ich použiť v zariadeniach s nízkou spotrebou.
Aby to bolo udržateľné, musíme nájsť spôsob, ako zachovať výdrž batérie – čo znamená prevádzkovať elektroniku s menšou spotrebou energie.
"Výskumníci sa pýtali, či sa dajú zistiteľné nelineárne efekty udržať pri extrémne nízkych úrovniach výkonu - až na jednotlivé fotóny. To by nás priviedlo k základnej spodnej hranici spotreby energie pri spracovaní informácií," Hui Deng, profesor fyziky a hlavný autor článku v Nature, ktorý opisuje výskum, uviedol v tlačovej správe.
Jednou kľúčovou výzvou, ktorú museli výskumníci prekonať, bolo, ako ovládať kvantové bodky. Na kontrolu bodiek ako skupiny svetlom tím vytvoril rezonátor tak, že vyrobil jedno zrkadlo v spodnej časti, polovodič položil naň a potom umiestnil druhé zrkadlo na vrch polovodiča.
„Musíte veľmi prísne kontrolovať hrúbku, aby bol polovodič na maxime optického poľa,“uviedol v tlačovej správe Zhang Long, postdoktorandský výskumný pracovník v Dengovom laboratóriu a prvý autor článku..
Nové 2D polovodiče by mohli priviesť kvantové zariadenia na izbovú teplotu a nie na extrémny chlad, ktorý je momentálne potrebný.
„Prichádzame ku koncu Moorovho zákona,“povedal Steve Forrest, profesor inžinierstva a spoluautor článku, s odkazom na trend, že hustota tranzistorov na čipe sa zdvojnásobuje každé dva roky. tlačová správa.
"Dvojrozmerné materiály majú mnoho vzrušujúcich elektronických a optických vlastností, ktoré nás v skutočnosti môžu priviesť do tej krajiny za hranicami kremíka."
Ak sa Dengov výskum vypláca, zariadenia s ultra nízkou spotrebou energie (ULPD) by mohli byť pre používateľov obrovským prínosom, povedal Charlie Goetz, generálny riaditeľ spoločnosti Powercast, spoločnosti poskytujúcej bezdrôtovú energiu, v e-mailovom rozhovore."Umožnia konfiguráciu a nasadenie všadeprítomných sietí IoT. Tie budú napájať AI, ktorá potom dokáže premeniť množstvo vstupu na kvalitný výstup," dodal.
"ULPD budú aktivačným faktorom, ktorý bude riadiť ekologickejšie, bezpečnejšie a efektívnejšie inteligentné mestá budúcnosti."
Skúmanie mnohých ciest k nízkej spotrebe
Výskumníci skúmajú množstvo ďalších technológií, ktoré by umožnili zariadenia s mimoriadne nízkou spotrebou energie.
"V posledných rokoch došlo k pôsobivému pokroku v priestore System on a Chip (SoC), " povedal Goetz. „Tieto zariadenia s nízkou spotrebou energie môžu fungovať roky na batériu a čo je ešte dôležitejšie, môžu byť napájané bezdrôtovo na diaľku pomocou rádiových frekvencií alebo v niektorých prípadoch infračerveného žiarenia.“
Ľudská rasa pláva v batériách od smartfónu po požiarne hlásiče, povedal Hanson. "Toto sa rýchlo stáva nezvládnuteľným, pretože naše oblečenie, domy a mestá okolo nás sa stávajú 'inteligentnými' a 'prepojené'," dodal.
„Aby to bolo udržateľné, musíme nájsť spôsob, ako zachovať životnosť batérií – čo znamená prevádzkovať elektroniku s menšou spotrebou energie. Technológie, ktoré dosahujú tento cieľ „spotrebovať menej energie“, sú kritické.“
