Инженеры Мичиганского университета совершили прорыв в области квантовых информационных технологий, разработав первый нанопереключатель, способный контролировать поток квантовых частиц, называемых экситонами, при комнатной температуре. Оптоэкситонный переключатель представляет собой потенциально революционное устройство для электроники, обещая устранить потери тепла, которые являются проблемой для современной электроники, а также ускорить обработку информации.
Исследование, опубликованное 31 августа в журнале ACS Nano и объявленное 11 сентября, демонстрирует устройство, подобное транзистору, которое манипулирует экситонами — квазичастицами, образующимися, когда электроны возбуждаются и соединяются с положительно заряженными «дырами». В отличие от электронов, эти нейтральные по заряду частицы могут перемещаться через материалы без образования сопротивления и выделения тепла, решая одну из самых серьёзных проблем современной вычислительной техники, поскольку приложения искусственного интеллекта требуют всё больше вычислительной мощности.
Прорывная производительность соперничает с современными технологиями
Устройство продемонстрировало впечатляющие коммутационные возможности, показав соотношение сигнал/шум, превышающее 19 децибел, — этого достаточно для поддержки передовых приложений, включая высокоскоростную передачу данных в суперкомпьютерах, дата-центрах и устройствах с искусственным интеллектом. По словам исследовательской группы под руководством Парага Деотаре и Мака Кира, переключатель успешно транспортировал экситоны на расстояние до 4 микрометров менее чем за полнаносекунды при комнатной температуре.
«Сейчас можно наблюдать, как электроника подходит к своим пределам: ИИ и другие ресурсоемкие вычисления поглощают энергию и выделяют тепло в огромных количествах», — сказал Кира, соавтор исследования и профессор электротехники и вычислительной техники. «Если бы крупные вычислительные центры работали на экситонике, такого огромного потребления энергии больше бы не было».
Команда преодолела фундаментальную задачу в управлении экситонами, создав энергетический ландшафт, направляющий частицы вдоль физических выступов — по сути, выполняющих функцию проводов для экситонов. Электроды, размещённые по обе стороны от этих выступов, действуют как затворы, создавая энергетические барьеры, которые могут останавливать или позволять движение экситонов при подаче или снятии напряжения.
Инновации, управляемые светом, открывают новые возможности
Этот прорыв включает свет в качестве ключевого компонента, благодаря чему устройство получило название «оптоэкситонный» переключатель. Свет не только создает экситоны, возбуждая электроны, но также помогает направлять их по заданным траекториям. Такая двойная роль света отличает технологию от чисто электронных подходов и обеспечивает точный контроль, продемонстрированный в экспериментах.
Исследование опирается на более раннюю работу команды по разработке пирамидальных структур, способных направлять экситоны, но новое устройство представляет собой первую успешную реализацию контролируемого, управляемого потока. Это достижение является значительным шагом к практическим экситонным схемам, которые могут функционировать без систем охлаждения, необходимых для современных высокопроизводительных электронных устройств.
С ростом спроса на энергоэффективные вычисления, особенно в дата-центрах, поддерживающих приложения искусственного интеллекта, инновация команды Мичиганского университета открывает путь к устройствам, которые остаются более холодными и одновременно обрабатывают информацию быстрее. Исследователи уже подали заявку на патентную защиту и сейчас работают над объединением сотен экситонных переключателей, чтобы продемонстрировать масштабируемые схемные архитектуры.
Комментариев нет:
Отправить комментарий