Klíčové věci
- Výzkumníci tvrdí, že průlom v používání světla k odesílání informací by mohl vést k gadgetům s extrémně nízkou spotřebou energie.
- Vědci 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 velmi nízkou spotřebou.
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. Nečekejte však, že v nejbližší době uvidíte v Best Buy kvantovou vychytávku. „Přístup popsaný v tomto článku je relevantní a vzrušující, ale zdá se, že je daleko od nasazení,“ řekl Scott Hanson, zakladatel a technologický ředitel společnosti Ambiq, která se specializuje na zařízení s nízkou spotřebou energie, v e-mailovém rozhovoru. . „Čipy používané v dnešních nejnovějších gadgetech jsou založeny na zhruba stejných ‚spínačích‘ na bázi křemíku, které existují po celá desetiletí. Dokonce i malé změny ve způsobu výroby těchto čipů trvá mnoho let, než se nasadí.“
Kvantové efekty vedou k objevu
Vědci 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 mohly by být použity 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 studie. papír v Příroda popisující výzkum, uvedl v tiskové zprávě. Jednou z klíčových výzev, které museli výzkumníci překonat, bylo, jak ovládat kvantové tečky. Pro kontrolu teček jako skupiny se světlem sestrojil 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 dostat kvantová zařízení na pokojovou teplotu spíše než na extrémní chlad, který je v současnosti vyžadován. „Blížíme se ke konci Mooreova zákona,“ řekl Steve Forrest, profesor inženýrství a spoluautor článku, s odkazem na trend zdvojnásobení hustoty tranzistorů na čipu každé dva roky v tiskové zprávě. „Dvourozměrné materiály mají mnoho vzrušujících elektronických a optických vlastností, které nás ve skutečnosti mohou zavést do té země mimo křemík.“ 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 AI, která pak dokáže přeměnit množství vstupu na kvalitní výstup,“ dodal.
„ULPD budou aktivačním faktorem, který bude řídit – ekologičtější, bezpečnější a efektivnější – chytrá města budoucnosti.“
Prozkoumání mnoha cest k nízké spotřebě energie
Výzkumníci zkoumají řadu dalších technologií, které by mohly umožnit zařízení s ultranízkou spotřebou. „V posledních několika letech došlo v prostoru System on a Chip (SoC) k impozantnímu pokroku,“ řekl Goetz. „Tato nízkoenergetická zařízení mohou běžet roky na baterii a, což je důležitější, mohou být napájena bezdrátově na dálku pomocí rádiových frekvencí nebo v některých případech infračerveného záření.“ 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 prodloužit životnost baterií – což znamená provozovat elektroniku s menším výkonem. Technologie, které dosahují tohoto cíle ‚spít méně energie‘, jsou kritické.“