Belangrijkste afhaalrestaurants
- Onderzoekers zeggen dat een doorbraak in het gebruik van licht om informatie te verzenden kan leiden tot gadgets met een extreem laag stroomverbruik.
- De onderzoekers gebruikten een nieuw soort halfgeleider om kwantumstippen te maken die zijn gerangschikt als een eierdoos.
- Het nieuwe onderzoek maakt deel uit van een groot aantal nieuwe technologieën die ultra-low-power apparaten mogelijk kunnen maken.
Een recente doorbraak in het verzenden van informatie met behulp van licht kan leiden tot gadgets met een extreem laag stroomverbruik.
Onderzoekers demonstreerden hoe ze een kwantumeffect, bekend als niet-lineariteit, konden gebruiken om zwakke lichtsignalen te wijzigen en te detecteren. De ontwikkeling zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt in persoonlijke elektronische apparaten. Maar verwacht niet snel een kwantumgadget in Best Buy te zien.
"De aanpak die in dit artikel wordt beschreven, is relevant en opwindend, maar lijkt nog ver verwijderd van implementatie", Scott Hanson, de oprichter en chief technology officer van Ambiq, een bedrijf dat gespecialiseerd is in apparaten met een laag vermogen, zei in een e-mailinterview.
"De chips die worden gebruikt in de nieuwste gadgets van vandaag zijn gebaseerd op ongeveer dezelfde op silicium gebaseerde 'switches' die al tientallen jaren bestaan. Zelfs kleine veranderingen in de manier waarop deze chips worden vervaardigd, nemen vele jaren in beslag om te implementeren."
Kwantumeffecten leiden tot ontdekking
De onderzoekers gebruikten een nieuw soort halfgeleider om kwantumstippen te maken die zijn gerangschikt als een eierdoos. Het team produceerde dit energielandschap van eierdozen met twee vlokken halfgeleider, die als tweedimensionale materialen worden beschouwd omdat ze zijn gemaakt van een enkele moleculaire laag van slechts een paar atomen dik.
Tweedimensionale halfgeleiders hebben kwantumeigenschappen die heel anders zijn dan grotere brokken, en kunnen worden gebruikt in apparaten met een laag vermogen.
Om dit duurzaam te laten zijn, moeten we een manier vinden om de levensduur van de batterij te verlengen, wat betekent dat elektronica met minder stroom moet worden gebruikt.
"Onderzoekers hebben zich afgevraagd of detecteerbare niet-lineaire effecten kunnen worden volgehouden bij extreem lage energieniveaus - tot aan individuele fotonen. Dit zou ons bij de fundamentele ondergrens van het energieverbruik bij informatieverwerking brengen", Hui Deng, een professor in de natuurkunde en senior auteur van de paper in Nature die het onderzoek beschrijft, zei in een persbericht.
Een belangrijke uitdaging die de onderzoekers moesten overwinnen, was hoe ze de kwantumstippen konden controleren. Om de stippen als een groep met licht te besturen, bouwde het team een resonator door een spiegel aan de onderkant te maken, de halfgeleider erop te leggen en vervolgens een tweede spiegel bovenop de halfgeleider te plaatsen.
"Je moet de dikte heel strak regelen, zodat de halfgeleider het maximum van het optische veld heeft", zei Zhang Long, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Deng en eerste auteur van het papier, in het persbericht.
De nieuwe 2D-halfgeleiders kunnen kwantumapparaten op kamertemperatuur brengen in plaats van de extreme kou die momenteel vereist is.
"We naderen het einde van de wet van Moore", zei Steve Forrest, een technische professor en co-auteur van het artikel, verwijzend naar de trend van de dichtheid van transistors op een chip die elke twee jaar verdubbelt, in het persbericht.
"Tweedimensionale materialen hebben veel opwindende elektronische en optische eigenschappen die ons in feite naar dat land voorbij silicium kunnen leiden."
Als het onderzoek van Deng loont, kunnen Ultra-Low Power Devices (ULPD) van enorm voordeel zijn voor gebruikers, zei Charlie Goetz, CEO van Powercast, een draadloos energiebedrijf, in een e-mailinterview."Ze zullen het mogelijk maken om alomtegenwoordige IoT-netwerken te configureren en te implementeren. Deze zullen op hun beurt AI voeden, die vervolgens de hoeveelheid input kan omzetten in kwaliteitsoutput", voegde hij eraan toe.
"ULPD's zullen de faciliterende factor zijn die zal zorgen voor groenere, veiligere, efficiëntere slimme steden van de toekomst."
Veel wegen verkennen naar laag vermogen
Onderzoekers onderzoeken een groot aantal andere technologieën die apparaten met een ultralaag stroomverbruik mogelijk maken.
"Er zijn de afgelopen jaren indrukwekkende vorderingen gemaakt in de System on a Chip (SoC)-ruimte", zei Goetz. "Deze apparaten met een laag vermogen kunnen jaren op een batterij werken en, belangrijker nog, kunnen op afstand draadloos worden gevoed met behulp van radiofrequenties of in sommige gevallen infrarood."
De mensheid zwemt in batterijen van smartphone naar brandalarm, zei Hanson. "Dit wordt snel onhandelbaar omdat onze kleding, huizen en de steden om ons heen allemaal 'slim' en 'verbonden' worden", voegde hij eraan toe.
"Om dit duurzaam te laten zijn, moeten we een manier vinden om de levensduur van de batterij te verlengen - wat inhoudt dat elektronica met minder stroom wordt gebruikt. Technologieën die dit doel van 'minder stroom verbruiken' bereiken, zijn van cruciaal belang."
