Οι προηγμένες τεχνολογίες επεξεργασίας πληροφοριών προσφέρουν πιο πράσινες τηλεπικοινωνίες και ισχυρή ασφάλεια δεδομένων για εκατομμύρια, αποκάλυψε μια μελέτη με επικεφαλής τους ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ (UMD).
Μια νέα συσκευή που μπορεί να επεξεργάζεται πληροφορίες χρησιμοποιώντας μικρή ποσότητα φωτός θα μπορούσε να επιτρέψει ενεργειακά αποδοτικές και ασφαλείς επικοινωνίες.
Μελέτη με επικεφαλής τον You-Zhou , επίκουρο καθηγητή στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών (MSE) του UMD, σε συνεργασία με ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE), δημοσιεύτηκε τον Μάιο στο περιοδικό Nature Photonics.
Suji Park και Houk Jang στο QPress του CFN.Ερευνητές στο UMD συνεργάστηκαν με τους Park και Jang για να χρησιμοποιήσουν το QPress ως μέρος της έρευνας για τους ημιαγωγούς.
Πηγή: Jessica Rotkiewicz/Brookhaven National Laboratory
Οι οπτικοί διακόπτες, είναι οι συσκευές που είναι υπεύθυνες για την αποστολή πληροφοριών μέσω τηλεφωνικών σημάτων.Βασίζονται στο φως για τη μετάδοση και στον ηλεκτρισμό για την επεξεργασία, απαιτώντας επιπλέον ενέργεια για την ερμηνεία των δεδομένων.
Ο Zhou σχεδίασε μια νέα εναλλακτική λύση που χρησιμοποιεί μόνο φως για την τροφοδοσία μιας πλήρους μετάδοσης, η οποία θα μπορούσε να βελτιώσει την ταχύτητα και την ενεργειακή απόδοση για τηλεπικοινωνιακές και υπολογιστικές πλατφόρμες.
Οι πρώτες δοκιμές αυτής της τεχνολογίας έχουν δείξει σημαντικές ενεργειακές βελτιώσεις. Οι συμβατικοί οπτικοί διακόπτες απαιτούν από 10 έως 100 femtojoule για να ενεργοποιηθεί η μετάδοση επικοινωνίας, ενώ η συσκευή του Zhou καταναλώνει εκατό φορές λιγότερη ενέργεια, μόλις ένα δέκατο προς ένα femtojoule.
Η κατασκευή ενός πρωτοτύπου που επιτρέπει την επεξεργασία πληροφοριών χρησιμοποιώντας μικρές ποσότητες φωτός, μέσω της ιδιότητας ενός υλικού που είναι γνωστή ως «μη γραμμική απόκριση», άνοιξε το δρόμο για νέες ευκαιρίες στην ερευνητική του ομάδα.
«Η επίτευξη ισχυρής μη γραμμικότητας ήταν απροσδόκητη, γεγονός που άνοιξε μια νέα κατεύθυνση που δεν εξερευνούσαμε προηγουμένως: τις κβαντικές επικοινωνίες», είπε ο Zhou.
Για να κατασκευάσει τη συσκευή, ο Zhou χρησιμοποίησε το Quantum Material Press (QPress) στο Centre for Functional Nanomaterials (CFN), μια εγκατάσταση χρήστη του DOE Office of Science στο Brookhaven Lab που προσφέρει δωρεάν πρόσβαση σε εξοπλισμό παγκόσμιας κλάσης για επιστήμονες που διεξάγουν ανοιχτή έρευνα.
Το QPress είναι ένα αυτοματοποιημένο εργαλείο για τη σύνθεση κβαντικών υλικών με στρώματα τόσο λεπτά όσο ένα άτομο.
«Συνεργαζόμαστε με την ομάδα του Zhou εδώ και αρκετά χρόνια. Είναι ένας από τους πρώτους που υιοθέτησαν τις ενότητες QPress, οι οποίες περιλαμβάνουν απολεπιστικό, καταλογιστή και στοίβακτη», δήλωσε η συν-συγγραφέας Suji Park, επιστήμονας του προσωπικού της Ομάδας Electronic Nanomaterials. στο CFN.
«Συγκεκριμένα, παρέχουμε υψηλής ποιότητας απολεπισμένες νιφάδες προσαρμοσμένες στα αιτήματά τους και συνεργαστήκαμε στενά για να βελτιστοποιήσουμε τις συνθήκες απολέπισης για τα υλικά τους. Αυτή η συνεργασία έχει βελτιώσει σημαντικά τη διαδικασία κατασκευής δειγμάτων».
Στη συνέχεια, η ερευνητική ομάδα του Zhou, στοχεύει να αυξήσει την ενεργειακή απόδοση μέχρι τη μικρότερη ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Είναι μια κύρια πρόκληση για την ενεργοποίηση των λεγόμενων κβαντικών επικοινωνιών, οι οποίες προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση για την ασφάλεια των δεδομένων.
Πηγή: Liuxin Gu/Brookhaven National Laboratory
Στον απόηχο των αυξανόμενων επιθέσεων στον κυβερνοχώρο, η δημιουργία εξελιγμένης προστασίας από τους χάκερ έχει αυξήσει το επιστημονικό ενδιαφέρον.
Οι χάκερ μπορούν να διαβάζουν και να αντιγράφουν δεδομένα που μεταδίδονται μέσω συμβατικών καναλιών επικοινωνίας χωρίς να αφήνουν ίχνη. Αυτό όμως έιναι κάτι που κόστισε χιλιάδες παραβιάσεις για 350 εκατομμύρια χρήστες πέρυσι, σύμφωνα με πρόσφατη έκθεση της Statista.
Οι κβαντικές επικοινωνίες, από την άλλη πλευρά, προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική . Ουσιαστικά κωδικοποιούν τις πληροφορίες χρησιμοποιώντας φως, το οποίο δεν μπορεί να υποκλαπεί χωρίς να αλλάξει η κβαντική του κατάσταση.
Η μέθοδος του Zhou για τη βελτίωση της μη γραμμικότητας των υλικών, είναι ένα βήμα πιο κοντά στην ενεργοποίηση αυτών των τεχνολογιών.
Το DOE Office of Science και το National Science Foundation υποστήριξαν αυτή τη μελέτη.
Επιστημονικό Άρθρο:
Liuxin Gu, Lifu Zhang, Ruihao Ni, Ming Xie, Dominik S. Wild, Suji Park, Houk Jang, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Mohammad Hafezi, You Zhou. Giant optical nonlinearity of Fermi polarons in atomically thin semiconductors. Nature Photonics, 2024.
