Βασικά Takeaways
- Ερευνητές λένε ότι μια σημαντική ανακάλυψη στη χρήση φωτός για την αποστολή πληροφοριών θα μπορούσε να οδηγήσει σε gadget εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.
- Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα νέο είδος ημιαγωγών για να δημιουργήσουν κβαντικές κουκκίδες διατεταγμένες σαν κουτί αυγών.
- Η νέα έρευνα είναι μεταξύ μιας σειράς νέων τεχνολογιών που θα μπορούσαν να επιτρέψουν συσκευές εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης.
Μια πρόσφατη ανακάλυψη στην αποστολή πληροφοριών με χρήση φωτός θα μπορούσε να οδηγήσει σε gadget εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.
Ερευνητές απέδειξαν πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν ένα κβαντικό φαινόμενο γνωστό ως μη γραμμικότητα για να τροποποιήσουν και να ανιχνεύσουν αδύναμα σήματα φωτός. Η ανάπτυξη θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί σε προσωπικές ηλεκτρονικές συσκευές. Αλλά μην περιμένετε να δείτε σύντομα ένα κβαντικό gadget στο Best Buy.
"Η προσέγγιση που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο είναι σχετική και συναρπαστική, αλλά φαίνεται να απέχει πολύ από την ανάπτυξη," Scott Hanson, ιδρυτής και επικεφαλής τεχνολογίας της Ambiq, μιας εταιρείας που ειδικεύεται σε συσκευές χαμηλής κατανάλωσης, είπε σε μια συνέντευξη μέσω email.
"Τα τσιπ που χρησιμοποιούνται στα τελευταία gadgets του σήμερα βασίζονται στους ίδιους περίπου "διακόπτες" με βάση το πυρίτιο που υπάρχουν εδώ και δεκαετίες. Ακόμη και μικρές αλλαγές στον τρόπο κατασκευής αυτών των τσιπ χρειάζονται πολλά χρόνια για να αναπτυχθούν."
Τα κβαντικά εφέ οδηγούν στην ανακάλυψη
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα νέο είδος ημιαγωγού για να δημιουργήσουν κβαντικές κουκκίδες διατεταγμένες σαν κουτί αυγών. Η ομάδα παρήγαγε αυτό το ενεργειακό τοπίο χαρτοκιβωτίων αυγών με δύο νιφάδες ημιαγωγών, που θεωρούνται δισδιάστατα υλικά επειδή αποτελούνται από ένα μόνο μοριακό στρώμα, πάχους μόλις λίγων ατόμων.
Οι δισδιάστατοι ημιαγωγοί έχουν κβαντικές ιδιότητες που διαφέρουν πολύ από τα μεγαλύτερα κομμάτια και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε συσκευές χαμηλής κατανάλωσης.
Για να είναι βιώσιμο αυτό, πρέπει να βρούμε έναν τρόπο να διατηρήσουμε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας - πράγμα που σημαίνει ότι λειτουργείτε ηλεκτρονικά με λιγότερη ισχύ.
"Οι ερευνητές αναρωτήθηκαν εάν τα ανιχνεύσιμα μη γραμμικά φαινόμενα μπορούν να διατηρηθούν σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα ισχύος - κάτω από μεμονωμένα φωτόνια. Αυτό θα μας φέρει στο θεμελιώδες κατώτερο όριο κατανάλωσης ενέργειας στην επεξεργασία πληροφοριών", ο Hui Deng, καθηγητής φυσικής και ανώτερος συγγραφέας της εργασίας στο Nature που περιγράφει την έρευνα, είπε σε ένα δελτίο τύπου.
Μια βασική πρόκληση που έπρεπε να ξεπεράσουν οι ερευνητές ήταν πώς να ελέγξουν τις κβαντικές κουκκίδες. Για να ελέγξει τις κουκκίδες ως ομάδα με φως, η ομάδα κατασκεύασε ένα αντηχείο φτιάχνοντας έναν καθρέφτη στο κάτω μέρος, τοποθετώντας τον ημιαγωγό πάνω του και στη συνέχεια τοποθετώντας έναν δεύτερο καθρέφτη πάνω από τον ημιαγωγό.
"Πρέπει να ελέγχετε το πάχος πολύ σφιχτά, έτσι ώστε ο ημιαγωγός να βρίσκεται στο μέγιστο του οπτικού πεδίου", είπε στο δελτίο τύπου ο Zhang Long, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Deng και πρώτος συγγραφέας του χαρτιού..
Οι νέοι 2D ημιαγωγοί θα μπορούσαν να φέρουν τις κβαντικές συσκευές σε θερμοκρασία δωματίου αντί στο υπερβολικό κρύο που απαιτείται επί του παρόντος.
"Φτάνουμε στο τέλος του νόμου του Moore", είπε ο Steve Forrest, καθηγητής μηχανικής και συν-συγγραφέας της εργασίας, αναφερόμενος στην τάση της πυκνότητας των τρανζίστορ σε ένα τσιπ να διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια, στο το δελτίο ειδήσεων.
"Τα δισδιάστατα υλικά έχουν πολλές συναρπαστικές ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες που μπορεί, στην πραγματικότητα, να μας οδηγήσουν σε αυτή τη γη πέρα από το πυρίτιο."
Εάν η έρευνα του Deng αποδώσει, οι συσκευές Ultra-Low Power Devices (ULPD) θα μπορούσαν να αποφέρουν τεράστιο όφελος για τους χρήστες, δήλωσε ο Charlie Goetz, Διευθύνων Σύμβουλος της Powercast, μιας εταιρείας ασύρματης ενέργειας, σε μια συνέντευξη μέσω email."Θα επιτρέψουν τη διαμόρφωση και την ανάπτυξη πανταχού παρών δικτύων IoT. Αυτά, με τη σειρά τους, θα τροφοδοτήσουν την τεχνητή νοημοσύνη, η οποία μπορεί στη συνέχεια να μετατρέψει την ποσότητα της εισόδου σε ποιοτική έξοδο", πρόσθεσε.
"Τα ULPD θα είναι ο βασικός παράγοντας που θα οδηγήσει σε πιο πράσινες, ασφαλέστερες, πιο αποδοτικές και έξυπνες πόλεις του μέλλοντος."
Εξερευνώντας πολλές λεωφόρους για χαμηλή κατανάλωση
Οι ερευνητές διερευνούν μια σειρά από άλλες τεχνολογίες που θα μπορούσαν να επιτρέψουν συσκευές εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης.
"Υπήρξαν εντυπωσιακές εξελίξεις στον χώρο του System on a Chip (SoC) αυτά τα τελευταία χρόνια", είπε ο Goetz. "Αυτές οι συσκευές χαμηλής κατανάλωσης μπορούν να λειτουργούν για χρόνια με μπαταρία και, το πιο σημαντικό, μπορούν να τροφοδοτηθούν ασύρματα σε απόσταση χρησιμοποιώντας ραδιοσυχνότητες ή σε ορισμένες περιπτώσεις, υπέρυθρες."
Η ανθρώπινη φυλή κολυμπάει σε μπαταρίες από smartphone έως συναγερμούς πυρκαγιάς, είπε ο Hanson. "Αυτό γίνεται γρήγορα μη διαχειρίσιμο καθώς τα ρούχα μας, τα σπίτια και οι πόλεις γύρω μας γίνονται όλα "έξυπνα" και "συνδεδεμένα", πρόσθεσε.
"Για να είναι βιώσιμο αυτό, πρέπει να βρούμε έναν τρόπο να διατηρήσουμε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας - πράγμα που σημαίνει τη λειτουργία ηλεκτρονικών συσκευών με λιγότερη ισχύ. Οι τεχνολογίες που επιτυγχάνουν αυτόν τον στόχο της "κατανάλωσης λιγότερης ενέργειας" είναι κρίσιμες."
