Key Takeaways
- Forscher sagen, dass ein Durchbruch bei der Verwendung von Licht zum Senden von Informationen zu Geräten mit extrem niedrigem Stromverbrauch führen könnte.
- Die Forscher nutzten einen neuartigen Halbleiter, um Quantenpunkte zu erzeugen, die wie ein Eierkarton angeordnet sind.
- Die neue Forschung gehört zu einer Vielzahl neuer Technologien, die Geräte mit extrem geringem Stromverbrauch ermöglichen könnten.
Ein kürzlicher Durchbruch beim Senden von Informationen mit Licht könnte zu Geräten mit extrem niedrigem Stromverbrauch führen.
Forscher demonstrierten, wie sie einen als Nichtlinearität bekannten Quanteneffekt nutzen können, um schwache Lichtsignale zu modifizieren und zu erkennen. Die Entwicklung könnte schließlich in persönlichen elektronischen Geräten verwendet werden. Aber erwarten Sie nicht, bald ein Quanten-Gadget in Best Buy zu sehen.
"Der in diesem Artikel beschriebene Ansatz ist relevant und spannend, aber er scheint noch weit von der Umsetzung entfernt zu sein", sagt Scott Hanson, Gründer und Chief Technology Officer von Ambiq, einem Unternehmen, das sich auf Geräte mit geringem Stromverbrauch spezialisiert hat. sagte in einem E-Mail-Interview.
"Die Chips, die in den neuesten Gadgets von heute verwendet werden, basieren auf ungefähr den gleichen siliziumbasierten 'Sch altern', die es seit Jahrzehnten gibt. Selbst geringfügige Änderungen an der Art und Weise, wie diese Chips hergestellt werden, brauchen viele Jahre, um eingesetzt zu werden."
Quanteneffekte führen zur Entdeckung
Die Forscher nutzten einen neuartigen Halbleiter, um Quantenpunkte herzustellen, die wie ein Eierkarton angeordnet sind. Das Team produzierte diese Eierkarton-Energielandschaft mit zwei Halbleiterflocken, die als zweidimensionale Materialien gelten, weil sie aus einer einzigen molekularen Schicht bestehen, die nur wenige Atome dick ist.
Zweidimensionale Halbleiter haben Quanteneigenschaften, die sich stark von denen größerer Brocken unterscheiden, und könnten in Geräten mit geringem Stromverbrauch verwendet werden.
Damit dies nachh altig ist, müssen wir einen Weg finden, die Batterielebensdauer zu verlängern - was bedeutet, dass die Elektronik mit weniger Strom betrieben wird.
"Forscher haben sich gefragt, ob nachweisbare nichtlineare Effekte bei extrem niedrigen Leistungspegeln bis hinunter zu einzelnen Photonen aufrechterh alten werden können. Dies würde uns zur grundlegenden Untergrenze des Stromverbrauchs in der Informationsverarbeitung bringen", Hui Deng, Physikprofessor und leitender Autor des Artikels in Nature, der die Forschung beschreibt, sagte in einer Pressemitteilung.
Eine zentrale Herausforderung, die die Forscher bewältigen mussten, war die Steuerung der Quantenpunkte. Um die Punkte als Gruppe mit Licht zu steuern, baute das Team einen Resonator, indem es unten einen Spiegel herstellte, den Halbleiter darauf legte und dann einen zweiten Spiegel oben auf dem Halbleiter ablagerte.
"Sie müssen die Dicke sehr genau kontrollieren, damit der Halbleiter das Maximum des optischen Feldes erreicht", sagte Zhang Long, ein Postdoktorand in Dengs Labor und Erstautor der Veröffentlichung, in der Pressemitteilung.
Die neuen 2D-Halbleiter könnten Quantenbauelemente auf Raumtemperatur bringen, statt auf die derzeit erforderliche extreme Kälte.
"Wir nähern uns dem Ende von Moores Gesetz", sagte Steve Forrest, ein Ingenieurprofessor und Mitautor der Abhandlung, und bezog sich dabei auf den Trend, dass sich die Dichte von Transistoren auf einem Chip alle zwei Jahre verdoppelt die Pressemitteilung.
"Zweidimensionale Materialien haben viele aufregende elektronische und optische Eigenschaften, die uns tatsächlich in das Land jenseits von Silizium führen könnten."
Wenn sich Dengs Forschung auszahlt, könnten Ultra-Low-Power-Geräte (ULPD) für die Benutzer von enormem Nutzen sein, sagte Charlie Goetz, CEO von Powercast, einem Unternehmen für drahtlose Energie, in einem E-Mail-Interview.„Sie ermöglichen die Konfiguration und den Einsatz allgegenwärtiger IoT-Netzwerke. Diese wiederum füttern die KI, die dann die Quantität des Inputs in einen qualitativ hochwertigen Output umwandeln kann“, fügte er hinzu.
"ULPDs werden der entscheidende Faktor sein, der umweltfreundlichere, sicherere, effizientere und intelligente Städte der Zukunft vorantreiben wird."
Exploring Many Avenues to Low Power
Forscher erforschen eine Vielzahl anderer Technologien, die Geräte mit extrem niedrigem Stromverbrauch ermöglichen könnten.
"In den letzten Jahren gab es beeindruckende Fortschritte im Bereich der System-on-a-Chip (SoC)", sagte Goetz. "Diese Geräte mit geringem Stromverbrauch können jahrelang mit einer Batterie betrieben werden und, was noch wichtiger ist, können drahtlos aus der Ferne über Funkfrequenzen oder in einigen Fällen über Infrarot mit Strom versorgt werden."
Die menschliche Rasse schwimmt in Batterien vom Smartphone bis zum Feuermelder, sagte Hanson. „Dies wird schnell unüberschaubar, da unsere Kleidung, unser Zuhause und die Städte um uns herum alle ‚intelligent‘und ‚vernetzt‘werden“, fügte er hinzu.
"Damit dies nachh altig ist, müssen wir einen Weg finden, die Batterielebensdauer zu verlängern - was bedeutet, dass die Elektronik mit weniger Strom betrieben wird. Technologien, die dieses Ziel erreichen, weniger Strom zu verbrauchen, sind entscheidend."
