Lys kan være nøglen til lavenergi-gadgets, siger eksperter

Et nyligt gennembrud i at sende information ved hjælp af lys kan føre til gadgets med ekstremt lavt strømforbrug.

Forskere demonstrerede, hvordan de kunne bruge en kvanteeffekt kendt som ikke-linearitet til at modificere og detektere svage lyssignaler. Udviklingen kunne i sidste ende bruges i personlige elektroniske enheder. Men forvent ikke at se en kvantegadget i Best Buy når som helst snart.

"Den tilgang, der er beskrevet i denne artikel, er relevant og spændende, men den ser ud til at være langt væk fra implementering," Scott Hanson, grundlægger og teknologichef for Ambiq, et firma, der specialiserer sig i enheder med lavt strømforbrug, sagde i et e-mailinterview.

"De chips, der bruges i nutidens nyeste gadgets, er baseret på nogenlunde de samme siliciumbaserede 'switches', som har eksisteret i årtier. Selv mindre ændringer i måden, hvorpå disse chips fremstilles, tager mange år at installere."

Kvanteeffekter fører til opdagelse

Forskerne brugte en ny slags halvleder til at skabe kvanteprikker arrangeret som en æggekarton. Holdet producerede dette ægkarton energilandskab med to flager af halvleder, som er betragtes som todimensionelle materialer, fordi de er lavet af et enkelt molekylært lag, kun få atomer tyk.

Todimensionelle halvledere har kvanteegenskaber, der er meget forskellige fra større bidder, og kan bruges i enheder med lav effekt.

"Forskere har spekuleret på, om detekterbare ikke-lineære effekter kan opretholdes ved ekstremt lave effektniveauer - ned til individuelle fotoner. Dette ville bringe os til den grundlæggende nedre grænse for strømforbrug i informationsbehandling," Hui Deng, en fysikprofessor og seniorforfatter af papiret i Natur beskriver forskningen, sagt i en nyhedsmeddelelse.

En vigtig udfordring, forskerne skulle overvinde, var, hvordan man kontrollerer kvanteprikkerne. For at styre prikkerne som en gruppe med lys byggede holdet en resonator ved at lave et spejl ved bunden ved at lægge halvlederen oven på den og derefter placere et andet spejl oven på halvleder.

"Du skal kontrollere tykkelsen meget stramt, så halvlederen er maksimalt af det optiske felt," sagde Zhang Long, en postdoktor i Dengs laboratorium og første forfatter på papiret, i pressen frigøre.

De nye 2D-halvledere kunne bringe kvanteenheder op til stuetemperatur i stedet for den ekstreme kulde, der i øjeblikket er påkrævet.

"Vi nærmer os slutningen af ​​Moores lov," sagde Steve Forrest, en ingeniørprofessor og medforfatter af papir, der henviser til trenden med tætheden af ​​transistorer på en chip, der fordobles hvert andet år, i nyhederne frigøre.

"Todimensionelle materialer har mange spændende elektroniske og optiske egenskaber, som faktisk kan føre os til det land hinsides silicium."

Hvis Dengs forskning betaler sig, kan Ultra-Low Power Devices (ULPD) være til enorm fordel for brugerne, Charlie Goetz, CEO for Powercast, et trådløst strømselskab, sagde i et e-mailinterview. "De vil gøre det muligt at konfigurere og implementere allestedsnærværende IoT-netværk. Disse vil til gengæld fodre AI, som derefter kan konvertere mængden af ​​input til kvalitetsoutput," tilføjede han.

"ULPD'er vil være den muliggørende faktor, der vil drive - grønnere, sikrere, mere effektive - smarte byer i fremtiden."

Udforsker mange veje til lavt strømforbrug

Forskere udforsker et væld af andre teknologier, der kan give mulighed for enheder med ultralav strøm.

"Der har været imponerende fremskridt inden for System on a Chip (SoC) rummet de sidste par år," sagde Goetz. "Disse lavenergienheder kan køre i årevis på et batteri og, mere væsentligt, kan de forsynes trådløst på afstand ved hjælp af radiofrekvenser eller i nogle tilfælde infrarød."

Den menneskelige race svømmer i batterier fra smartphone til brandalarmer, sagde Hanson. "Dette bliver hurtigt uoverskueligt, da vores tøj, hjem og byerne omkring os alle bliver 'smarte' og 'forbundne'," tilføjede han.

"For at dette skal være bæredygtigt, skal vi finde en måde at bevare batterilevetiden - hvilket betyder at køre elektronik med mindre strøm. Teknologier, der opnår dette mål om at 'sluppe mindre strøm' er kritiske."