Key takeaways
- Forskere sier at et gjennombrudd i bruk av lys til å sende informasjon kan føre til miniprogrammer med ekstremt lavt strømforbruk.
- Forskerne brukte en ny type halvleder for å lage kvanteprikker arrangert som en eggekartong.
- Den nye forskningen er blant en rekke nye teknologier som kan tillate enheter med ultralav strøm.
Et nylig gjennombrudd i å sende informasjon ved hjelp av lys kan føre til miniprogrammer med ekstremt lavt strømforbruk.
Forskere demonstrerte hvordan de kunne bruke en kvanteeffekt kjent som ikke-linearitet for å modifisere og oppdage svake lyssignaler. Utviklingen kan etter hvert brukes i personlige elektroniske enheter. Men ikke forvent å se en kvantegadget i Best Buy når som helst snart.
"Tilnærmingen som er beskrevet i denne artikkelen er relevant og spennende, men den ser ut til å være langt unna distribusjon," Scott Hanson, grunnlegger og teknologisjef i Ambiq, et firma som spesialiserer seg på enheter med lav effekt, sa i et e-postintervju.
"Sjekkene som brukes i dagens nyeste dingser er basert på omtrent de samme silisiumbaserte "bryterne" som har eksistert i flere tiår. Selv mindre endringer i måten disse brikkene produseres på tar mange år å distribuere."
kvanteeffekter fører til oppdagelse
Forskerne brukte en ny type halvleder for å lage kvanteprikker arrangert som en eggekartong. Teamet produserte dette energilandskapet for eggkartong med to flak av halvledere, som regnes som todimensjonale materialer fordi de er laget av et enkelt molekylært lag, bare noen få atomer tykt.
Todimensjonale halvledere har kvanteegenskaper som er svært forskjellige fra større deler, og kan brukes i enheter med lav effekt.
For at dette skal være bærekraftig, må vi finne en måte å bevare batterilevetiden på – noe som betyr å kjøre elektronikk med mindre strøm.
"Forskere har lurt på om detekterbare ikke-lineære effekter kan opprettholdes ved ekstremt lave effektnivåer ned til individuelle fotoner. Dette vil bringe oss til den grunnleggende nedre grensen for strømforbruk i informasjonsbehandling," Hui Deng, fysikkprofessor og seniorforfatter av papiret i Nature som beskriver forskningen, sa i en pressemelding.
En nøkkelutfordring forskerne måtte overvinne var hvordan de skulle kontrollere kvanteprikkene. For å kontrollere prikkene som en gruppe med lys, bygde teamet en resonator ved å lage ett speil i bunnen, legge halvlederen oppå den, og deretter sette et andre speil på toppen av halvlederen.
"Du må kontrollere tykkelsen veldig tett slik at halvlederen er på det maksimale av det optiske feltet," sa Zhang Long, en postdoktor i Dengs laboratorium og førsteforfatter på papiret, i pressemeldingen.
De nye 2D-halvlederne kan bringe kvanteenheter opp til romtemperatur i stedet for den ekstreme kulden som kreves for øyeblikket.
"Vi nærmer oss slutten av Moores lov," sa Steve Forrest, en ingeniørprofessor og medforfatter av artikkelen, og refererte til trenden med at tettheten av transistorer på en brikke dobles hvert annet år, i nyhetsmeldingen.
"Todimensjonale materialer har mange spennende elektroniske og optiske egenskaper som faktisk kan føre oss til det landet utenfor silisium."
Hvis Dengs forskning lønner seg, kan Ultra-Low Power Devices (ULPD) være til enorm fordel for brukerne, sa Charlie Goetz, administrerende direktør i Powercast, et trådløst kraftselskap, i et e-postintervju."De vil gjøre det mulig å konfigurere og distribuere allestedsnærværende IoT-nettverk. Disse vil igjen mate AI, som deretter kan konvertere mengden input til kvalitetsutgang," la han til.
"ULPD-er vil være den muliggjørende faktoren som vil drive grønnere, tryggere, mer effektive og smarte byer i fremtiden."
Utforsking av mange veier til lav effekt
Forskere utforsker en rekke andre teknologier som kan tillate enheter med ultralav strøm.
"Det har vært imponerende fremskritt i System on a Chip-området (SoC) de siste årene," sa Goetz. "Disse enhetene med lite strøm kan kjøre i årevis på et batteri, og enda mer kan de drives trådløst på avstand ved hjelp av radiofrekvenser eller i noen tilfeller infrarød."
Mennesket svømmer i batterier fra smarttelefon til brannalarm, sa Hanson. «Dette blir raskt uhåndterlig ettersom klærne våre, hjemmene og byene rundt oss alle blir «smarte» og «koblet sammen», la han til.
"For at dette skal være bærekraftig, må vi finne en måte å bevare batterilevetiden på - noe som betyr å kjøre elektronikk med mindre strøm. Teknologier som oppnår dette målet om å "sluppe mindre strøm" er avgjørende."
