`

СПЕЦІАЛЬНІ
ПАРТНЕРИ
ПРОЕКТУ

Чи використовує ваша компанія ChatGPT в роботі?

BEST CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Устройство превращает бесполезное тепло в электричество

Энергетические системы, которые питают нашу жизнь, также производят тепло впустую — например, тепло, излучаемое трубами горячей воды в зданиях и выхлопными трубами автомобилей. По словам ученых из штата Пенсильвания и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, новый гибкий термоэлектрический генератор может оборачиваться вокруг труб и других горячих поверхностей и преобразовывать отработанное тепло в электричество более эффективно, чем это было возможно ранее.

«Большое количество тепла от энергии, которую мы потребляем, по сути, выбрасывается, часто рассеивается прямо в атмосферу, — сказал Шашанк Прия (Shashank Priya), заместитель вице-президента по исследованиям и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Пенсильвания. - У нас не было экономически эффективных способов с конформными формами улавливать и преобразовывать это тепло в полезную энергию. Это исследование открывает эту дверь».

Ученые из штата Пенсильвания работают над улучшением характеристик термоэлектрических генераторов — устройств, которые могут преобразовывать разницу температур в электричество. По словам исследователей, когда устройства размещаются рядом с источником тепла, электроны, движущиеся от горячей стороны к холодной, создают электрический ток.

В предыдущей работе команда создала жесткие устройства, которые были более эффективными, чем коммерческие устройства, в высокотемпературных приложениях. По словам ученых, теперь команда разработала новый производственный процесс для производства гибких устройств, обеспечивающих более высокую выходную мощность и эффективность.

«Эти результаты открывают многообещающий путь к широкому использованию термоэлектрической технологии в приложениях для рекуперации отработанного тепла, — сказал Веньджи Ли (Wenjie Li), доцент-исследователь из Университета штата Пенсильвания. - Это может оказать значительное влияние на разработку практических генераторов тепла в электричество».

По словам ученых, гибкие устройства лучше подходят для наиболее привлекательных источников отработанного тепла, таких как трубы в промышленных и жилых зданиях и на транспортных средствах. И их не нужно приклеивать к поверхностям, как традиционные жесткие устройства, что еще больше снижает эффективность.

В ходе испытаний новое устройство продемонстрировало на 150% более высокую удельную мощность, чем другие современные устройства, сообщили ученые в Applied Materials & Interfaces. Увеличенная версия, площадью чуть более 3 квадратных дюймов, сохраняла преимущество в удельной мощности на 115%. По словам ученых, эта версия продемонстрировала общую выходную мощность 56,6 Вт при размещении на горячей поверхности.

«Подумайте о промышленной электростанции с трубами длиной в сотни футов, — сказал Прия. - Если вы сможете обернуть эти устройства вокруг такой большой площади, вы сможете генерировать киловатты энергии из потраченного впустую тепла, которое обычно просто выбрасывается. Вы можете преобразовать сбрасываемое тепло во что-то полезное».

При создании нового устройства ученые разместили шесть пар вдоль тонкой полоски. Затем они использовали гибкую металлическую фольгу, чтобы соединить 12 полос вместе, создав устройство с 72 парами. По словам ученого, между слоями каждой полоски был использован жидкий металл для повышения производительности устройства.

«По мере масштабирования этих устройств вы часто теряете удельную мощность, что затрудняет изготовление крупногабаритных термоэлектрических генераторов, — сказал Бед Пудель (Bed Poudel), доцент-исследователь из Университета штата Пенсильвания. - Это иллюстрирует исключительную производительность нашего устройства с 72 парами».

По словам ученых, устройство с 72 парами показало самую высокую выходную мощность и удельную мощность устройства из одного термоэлектрического генератора.

Промежутки между полосами обеспечивают гибкость, чтобы соответствовать формам, таким как трубы. По словам ученых, зазоры также позволяют гибко изменять коэффициент заполнения или соотношение между площадью термоэлектрического материала и площадью устройства, что можно использовать для оптимизации термоэлектрических устройств для различных источников тепла.

Массовое производство революционной памяти приближается к ULTRARAM на кремниевых пластинах

Новаторский тип запатентованной компьютерной памяти, известный как ULTRARAM, был продемонстрирован на кремниевых пластинах, что является важным шагом на пути к ее крупномасштабному производству.

ULTRARAM — это новый тип памяти с исключительными свойствами. Он сочетает в себе энергонезависимость памяти для хранения данных, такой как флэш-память, со скоростью, энергоэффективностью и долговечностью рабочей памяти, такой как DRAM. Для этого он использует уникальные свойства составных полупроводников, обычно используемых в фотонных устройствах, таких как светодиоды, лазерные диоды и инфракрасные детекторы, но не в цифровой электронике, которая является прерогативой кремния.

Теперь, благодаря сотрудничеству физического и инженерного факультетов Ланкастерского университета и физического факультета Уорвика, ULTRARAM™ впервые реализована на кремниевых пластинах.

Профессор Манус Хейн (Manus Hayne) с факультета физики в Ланкастере, который возглавляет работу, сказал: «ULTRARAM на кремнии — это огромный шаг вперед в наших исследованиях, позволяющий преодолеть очень серьезные проблемы материалов, связанные с большим несовпадениям кристаллических решеток, переходом от элементарных полупроводников к составным полупроводникам и различиями при термическом сжатии».

Цифровая электроника, являющаяся основой всех гаджетов, от смарт-часов и смартфонов до персональных компьютеров и центров обработки данных, использует процессоры и чипы памяти, изготовленные из полупроводникового кремния.

Из-за зрелости отрасли производства кремниевых микросхем и многомиллиардных затрат на строительство заводов по производству микросхем внедрение любой цифровой электронной технологии на кремниевых пластинах имеет важное значение для ее коммерциализации.

Примечательно, что ULTRARAM на кремниевых устройствах фактически превосходит предыдущие воплощения технологии на полупроводниковых пластинах из соединения GaAs, демонстрируя (экстраполированное) время хранения данных не менее 1000 лет, высокую скорость переключения (для размера устройства) и выносливость при циклическом стирании программы не менее 10 миллионов, что в сто—тысячу раз лучше, чем флэш.

Массовое производство революционной памяти приближается к ULTRARAM на кремниевых пластинах

Технологические тренды Intel

Корпорация Intel изложила свой путь к более чем 10-кратному увеличению плотности межсоединений в корпусах с гибридным соединением, увеличению площади транзисторов на 30-50% и новым технологиям квантовых вычислений на встрече IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM).

«В Intel исследования и инновации, необходимые для продвижения закона Мура, никогда не прекращаются. На выставке IEDM наша исследовательская группа по компонентам поделится ключевыми достижениями в области создания революционных технологий обработки и упаковки для удовлетворения ненасытного спроса на мощные вычисления, от которых зависят наша промышленность и общество. Это результат неустанного труда наших лучших ученых и инженеров. Они по-прежнему находятся в авангарде инноваций для соблюдения закона Мура», — сказал Роберт Чау (Robert Chau), старший научный сотрудник Intel и генеральный менеджер по исследованиям компонентов.

Исследовательская группа компонентов работает в трех ключевых областях: технологии масштабирования для производства большего количества транзисторов; новые возможности кремния для увеличения мощности и памяти и исследование новых концепций в физике, чтобы революционизировать то, как мир выполняет вычисления.

Многие из текущих полупроводниковых продуктов Intel начались с работы Component Research, включая напряженный кремний, металлические затворы Hi-K, транзисторы FinFET, RibbonFET и упаковку, включая EMIB и Foveros Direct.

Исследователи компании наметили решения для проектирования, обработки и сборки межсоединений с гибридным соединением, увидев способ 10-кратного повышения плотности межсоединений в упаковке. Еще в июле Intel объявила о планах представить Foveros Direct, обеспечивающий бампинг менее 10 микрон (бампинг — это усовершенствованная технология обработки на уровне пластин, при которой «выпуклости» или «шарики» из припоя формируются на пластинах в форме цельной пластины до того, как пластина будет разделена на отдельные чипы. Недавнее развитие технологий позволило широко использовать этот процесс в современных приложениях бытовой электроники). Это обеспечивает увеличение плотности межсоединений для 3D-стеков на порядок. Чтобы экосистема могла воспользоваться преимуществами усовершенствованной упаковки, Intel также призывает к созданию новых отраслевых стандартов и процедур тестирования, позволяющих создать гибридную экосистему чипсетов.

Помимо своего универсального RibbonFET, Intel разрабатывает подход к объединению нескольких КМОП-транзисторов, целью которого является максимальное увеличение логического масштабирования на 30-50% для дальнейшего совершенствования закона Мура за счет установки большего количества транзисторов на квадратный миллиметр.

Технологические тренды Intel

Intel обращает внимание на эпоху ангстремов и квантовые вычисления в своих технологических тенденциях

Панарктическая оптоволоконная кабельная система свяжет Европу и Азию

Компании Far North Digital-True North Global Networks и Cinia объявили о планах совместного строительства волоконно-оптической кабельной системы, соединяющей Европу и Азию через Арктику. Alcatel Submarine Networks (ASN) возьмет на себя руководство проектированием и установкой проекта.

Far North Digital, североамериканская компания, специализирующаяся на развитии телекоммуникационной инфраструктуры, и финский поставщик сетей, кибербезопасности и программного обеспечения Cinia подписали «Меморандум о взаимопонимании» (MoU) по строительству подводного оптоволоконного кабеля. Совместная сеть будет проходить из Японии через Северо-Западный проход в Европу с площадками на Аляске и в канадской Арктике. Европейские площадки планируются в Норвегии, Финляндии и Ирландии. 

Волоконно-оптическая кабельная система протяженностью 16 500 км проходит через геополитически стабильные и сейсмически безопасные регионы и значительно сокращает оптическое расстояние между Азией и Европой, тем самым сводя к минимуму задержку сигнала.
 

True North Global Networks работает с организациями коренных народов и местными органами власти над созданием филиалов в арктической Канаде, предоставляя местным сетям прямое подключение к глобальному Интернету. 

«Эта кабельная система — это больше, чем способ ускорить и повысить безопасность телекоммуникаций между странами, это мост через цифровую пропасть, предоставляющий северным сообществам лучшие возможности для устойчивого самоопределения посредством экономического развития, расширенных образовательных возможностей и улучшенных доступ к здравоохранению. Кроме того, он будет служить платформой, которая предлагает науке новые и расширенные возможности для проведения исследований в области изменения климата», — говорит Гай Хаузер (Guy Houser), технический директор Far North Digital.

«Спрос на безопасную и быструю международную связь с новыми разнообразными маршрутами растет. Охватывая три крупнейших в мире континента, использующих Интернет, оптоволокно Far North станет настоящим глобальным предприятием», — отметил Ари-Юсси Кнаапила (Ari-Jussi Knaapila), генеральный директор Cinia. 

«Арктическая связь между Японией и Северной Европой уже давно является общей страстью Японии и Китая, поскольку разнообразие международных связей жизненно важно для островной страны. Эта связь является отличной поддержкой для программы развития цифровизации правительства Японии», — говорит Джун Мурай (Jun Murai), профессор Университета Кейо и специальный советник Кабинета министров Японии. 

Срок ввода кабеля в эксплуатацию - к концу 2025 года. Сметная стоимость проекта составляет примерно 1,48 млрд. канадских долларов. Лидер отрасли ASN был выбран в качестве ведущего партнера EPC (проектирование, закупки, строительство) для проекта.

Панарктическая оптоволоконная кабельная система свяжет Европу и Азию

Волоконно-оптическая кабельная система протяженностью 16 500 км проходит через геополитически стабильные и сейсмически безопасные регионы и значительно сокращает оптическое расстояние между Азией и Европой

Интегрированная фотоника для квантовых технологий

Международная группа ведущих ученых во главе с физиком из Падерборна проф. Клаусом Йонсом (Klaus Jöns) составила всесторонний обзор потенциала, глобальных перспектив, предыстории и границ интегрированной фотоники. Статья — дорожная карта для интегральных фотонных схем для квантовых технологий — была опубликована в журнале Nature Reviews Physics. В обзоре описаны основные технологии, представлено текущее состояние исследований и описаны возможные приложения в будущем.

«Фотонно-квантовые технологии достигли ряда важных вех за последние 20 лет. Но масштабируемость остается серьезной проблемой, когда дело доходит до преобразования результатов из лаборатории в повседневные приложения. Приложениям часто требуется более 1000 оптических компонентов, каждый из которых должен быть индивидуально оптимизирован. Однако фотонные квантовые технологии могут выиграть от параллельных разработок в области классической фотонной интеграции», — объясняет проф. Йонс.

По словам ученых, необходимы дополнительные исследования. «Интегрированные фотонные платформы, требующие различных материалов, конструкций компонентов и стратегий интеграции, создают множество проблем, в частности, потери сигнала, которые нелегко компенсировать в квантовом мире», — продолжает проф. Йонс. В своей статье авторы заявляют, что сложный инновационный цикл для интегрированных фотонных квантовых технологий (IPQT) требует инвестиций, решения конкретных технологических задач, развития необходимой инфраструктуры и дальнейшего структурирования в направлении зрелой экосистемы. Они пришли к выводу, что растет спрос на ученых и инженеров, обладающих существенными знаниями в области квантовой механики и ее технологических приложений.

Интегрированная квантовая фотоника использует классические интегрированные фотонные технологии и устройства для квантовых приложений, при этом интеграция на уровне микросхем имеет решающее значение для масштабирования и преобразования лабораторных демонстрационных технологий в реальные технологии. Проф. Йонс объясняет: «Усилия в области интегрированной квантовой фотоники широкомасштабны и включают разработку квантово-фотонных схем, которые могут быть монолитно, гибридно или гетерогенно интегрированы. В нашей статье мы обсуждаем, какие приложения могут стать возможными в будущем с помощью преодоление существующих препятствий».

Ученые также представляют обзор исследовательской среды и обсуждают инновации и рыночный потенциал. Цель состоит в том, чтобы стимулировать дальнейшие исследования и финансирование исследований путем определения не только научных вопросов, но и проблем, связанных с развитием необходимой производственной инфраструктуры и цепочек поставок для вывода технологий на рынок.

По мнению ученых, необходимо срочно вкладывать значительные средства в образование, чтобы подготовить следующее поколение инженеров IPQT. Проф. Йонс говорит: «Независимо от типа технологии, которая будет использоваться в коммерческих квантовых устройствах, основополагающие принципы квантовой механики одни и те же. Мы прогнозируем растущий спрос на ученых и инженеров, обладающих существенными знаниями как в области квантовой механики, так и в ее технологических приложениях. Инвестиции в образование следующего поколения будут способствовать расширению научных и технологических границ».

Полупроводники достигают квантового мира

Квантовые эффекты в сверхпроводниках могут дать полупроводниковой технологии новый поворот. Исследователи из Института Пауля Шеррера (PSI) и Корнельского университета в штате Нью-Йорк определили композитный материал, который может использовать для квантовых устройств полупроводниковую технологию, делая электронные компоненты значительно более мощными. Они публикуют свои выводы в журнале Science Advances.

Наша текущая электронная инфраструктура базируется в основном на полупроводниках. Этот класс материалов появился примерно в середине 20 века и с тех пор постоянно совершенствуется. В настоящее время наиболее важными задачами полупроводниковой электроники являются дальнейшие улучшения, которые позволят увеличить пропускную способность передачи данных, энергоэффективность и информационную безопасность. Использование квантовых эффектов, вероятно, станет прорывом.

Особого внимания заслуживают квантовые эффекты, которые могут возникать в сверхпроводящих материалах. Тот факт, что квантовые эффекты в сверхпроводниках можно использовать, уже был продемонстрирован в первых квантовых компьютерах.

Чтобы найти возможных преемников современной полупроводниковой электроники, некоторые исследователи, в том числе группа из Корнельского университета, изучают так называемые гетеропереходы, то есть структуры, состоящие из двух разных типов материалов. В частности, они рассматривают слоистые системы из сверхпроводящих и полупроводниковых материалов. «В течение некоторого времени было известно, что для этого необходимо выбирать материалы с очень похожей кристаллической структурой, чтобы не возникало напряжения в кристаллической решетке на контактной поверхности», - объясняет Джон Райт, создавший гетеропереходы для нового исследования в Корнельском университете.

Двумя подходящими материалами в этом отношении являются сверхпроводящий нитрид ниобия (NbN) и полупроводниковый нитрид галлия (GaN). Последний уже играет важную роль в полупроводниковой электронике и поэтому хорошо изучен. Однако до сих пор было неясно, как именно электроны ведут себя на границе контакта этих двух материалов, и возможно ли, что электроны из полупроводника вмешиваются в сверхпроводимость и, таким образом, уничтожают квантовые эффекты.

«Когда я натолкнулся на исследования группы в Корнелле, я знал, здесь, в PSI, мы можем найти ответ на этот фундаментальный вопрос с помощью наших спектроскопических методов на пучке канала ADRESS», - объясняет Владимир Строчов, исследователь из Synchrotron Light Source в PSI.

Так пришли к сотрудничеству две группы. В своих экспериментах они в конечном итоге обнаружили, что электроны в обоих материалах «держатся сами по себе». Никакого нежелательного взаимодействия, которое потенциально могло бы испортить квантовые эффекты, не происходит.

Исследователи PSI использовали метод, хорошо зарекомендовавший себя на канале ADRESS SLS: фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением с использованием мягкого рентгеновского излучения - или для краткости SX-ARPES. «С помощью этого метода мы можем визуализировать коллективное движение электронов в материале», - объясняет Тяньлунь Ю (Tianlun Yu), научный сотрудник группы Владимира Строчова, которая проводила измерения на гетероструктуре NbN/GaN.

Метод SX-ARPES предоставляет своего рода карту, пространственные координаты которой показывают энергию электронов в одном направлении и их импульс - в другом. «В этом представлении электронные состояния отображаются на карте в виде ярких полос», - объясняет Ю. Важнейший результат исследования: на границе материала между нитридом ниобия NbN и нитридом галлия GaN соответствующие «полосы» четко отделены друг от друга. Это говорит о том, что электроны остаются в своем исходном материале и не взаимодействуют с электронами в соседнем материале.

«Самый важный вывод для нас состоит в том, что сверхпроводимость в нитриде ниобия остается неизменной, даже если размещать ее атом за атомом, чтобы она соответствовала слою нитрида галлия, - говорит Владимир Строчов. - С этим мы смогли предоставить еще одну часть головоломки, которая подтверждает: эта система слоев может фактически подойти для новой формы полупроводниковой электроники, которая включает и использует квантовые эффекты, происходящие в сверхпроводниках».

Компьютерные атаки с помощью лазерного луча

Компьютерные системы, которые физически изолированы от внешнего мира (закрытые), все еще могут быть атакованы. Это демонстрируют эксперты по ИТ-безопасности из Технологического института Карлсруэ (KIT) в проекте LaserShark. Они показывают, что данные могут быть переданы на светодиоды обычных офисных устройств с помощью направленного лазера. Благодаря этому злоумышленники могут тайно связываться с компьютерными системами с воздушным зазором на расстоянии нескольких метров. В дополнение к традиционной безопасности информационных и коммуникационных технологий критически важные ИТ-системы также нуждаются в оптической защите.

Хакеры атакуют компьютеры с помощью лазеров. Звучит, как сцена из последнего фильма о Джеймсе Бонде, но на самом деле это возможно. В начале декабря 2021 г. исследователи из KIT, TU Braunschweig и TU Berlin представили атаку LaserShark на 37-й ежегодной конференции по приложениям компьютерной безопасности (ACSAC). Этот исследовательский проект посвящен скрытой связи по оптическим каналам. Компьютеры или сети в критических инфраструктурах часто физически изолированы для предотвращения доступа извне. «Воздушный зазор» означает, что эти системы не имеют ни проводных, ни беспроводных подключений к внешнему миру. Предыдущие попытки обойти такую защиту с помощью электромагнитных, акустических или оптических каналов просто работали на небольших расстояниях или низких скоростях передачи данных. Более того, они часто позволяют только кражу данных, то есть получение данных.

Группа безопасности интеллектуальных систем из KASTEL - Института информационной безопасности и надежности KIT - в сотрудничестве с исследователями из Брауншвейгского и Берлинского университетов продемонстрировали новую атаку: с помощью направленного лазерного луча злоумышленник может передавать данные в системы с воздушными зазорами и извлекать данные без дополнительного оборудования на атакуемом устройстве. «В этой скрытой оптической связи используются светодиоды, уже встроенные в офисные устройства, например, для отображения сообщений о состоянии на принтерах или телефонах», - объясняет профессор Кристиан Вресснеггер (Christian Wressnegger), руководитель группы безопасности интеллектуальных систем KASTEL. Светоизлучающие диоды (LED) могут получать свет, хотя они для этого не предназначены.

Направляя лазерный свет на уже установленные светодиоды и записывая их реакцию, исследователи устанавливают скрытый канал связи на расстоянии до 25 м, который можно использовать в обоих направлениях. Он обеспечивает скорость передачи данных 18,2 Кб/с при входящем и 100 Кб/с при исходящем. Эта оптическая атака возможна на коммерчески доступных офисных устройствах, используемых в компаниях, университетах и государственных учреждениях. «Проект LaserShark демонстрирует, насколько важна дополнительная оптическая защита критически важных ИТ-систем по сравнению с обычными мерами безопасности информационных и коммуникационных технологий», - говорит Кристиан Вресснеггер.

Компьютерные атаки с помощью лазерного луча

Поскольку данные могут передаваться с помощью света, критически важные системы безопасности нуждаются в оптической защите

Фотонные квантовые компьютеры позволяют упростить дизайн

В настоящее время квантовые компьютеры сложны в сборке, масштабировании и требуют для работы более низких температур, чем межзвездное пространство. Эти проблемы побудили исследователей изучить квантовые компьютеры, которые работают с использованием фотонов. Фотоны могут легко переносить информацию из одного места в другое, а фотонные квантовые компьютеры могут работать при комнатной температуре, поэтому этот подход является многообещающим. Однако, хотя люди успешно создали отдельные квантовые «логические вентили» для фотонов, построить большое количество вентилей и надежно соединить их для выполнения сложных вычислений непросто.

Согласно статье, опубликованной в Optica, исследователи Стэнфордского университета предложили более простую конструкцию фотонных квантовых компьютеров с использованием легко доступных компонентов. В их предлагаемой конструкции используется лазер для управления одиночным атомом, который, в свою очередь, может изменять состояние фотонов с помощью явления, называемого «квантовой телепортацией». Атом можно сбросить и повторно использовать для многих квантовых вентилей, устраняя необходимость в создании нескольких отдельных физических вентилей, что значительно снижает сложность построения квантового компьютера.

«Обычно, если вы хотите построить такой тип квантового компьютера, вам придется взять потенциально тысячи квантовых излучателей, сделать их все совершенно неразличимыми, а затем объединить их в гигантскую фотонную схему, - сказал кандидат наук и ведущий автор статьи Бен Бартлетт (Ben Bartlett). - Принимая во внимание, что с этим дизайном нам понадобится всего несколько относительно простых компонентов, размер машины не увеличивается с размером квантовой программы, которую вы хотите запустить».

Эта удивительно простая конструкция требует всего нескольких единиц оборудования: оптоволоконный кабель, лучерасщепитель, пара оптических переключателей и оптический резонатор - компоненты, которые уже существуют и имеются в продаже.

«То, что мы предлагаем здесь, основано на усилиях и инвестициях, которые были вложены в улучшение этих компонентов, - сказал Шанхуэй Фань (Shanhui Fan), профессор Школы инженерии Джозефа и Хон Май Гудмана и старший автор статьи. - Это не новые компоненты специально для квантовых вычислений».

Фотонные квантовые компьютеры позволяют упростить дизайн

Инновационный дизайн требует всего нескольких единиц имеющегося в продаже оборудования - оптоволоконный кабель, лучерасщепитель, пара оптических переключателей и оптический резонатор

Разработан алгоритм повышения эффективности квантовых компьютеров

Квантовые вычисления делают новый шаг вперед благодаря исследованиям, проведенным в сотрудничестве между Университетом Хельсинки, Университетом Аалто, Университетом Турку и IBM Research Europe-Zurich. Команда ученых предложила схему сокращения количества вычислений, необходимых для считывания данных, хранящихся в форме квантового состоянии квантового процессора. Это, в свою очередь, сделает квантовые компьютеры более эффективными, быстрыми и, в конечном итоге, более устойчивыми.

Квантовые компьютеры обладают потенциалом для решения важных проблем, которые недоступны даже для самых мощных суперкомпьютеров, но они требуют совершенно нового способа программирования и создания алгоритмов.

Университеты и крупные технологические компании возглавляют исследования по разработке этих новых алгоритмов. В ходе недавнего сотрудничества между университетом Хельсинки, университетом Аалто, университетом Турку и IBM Research Europe-Zurich группа исследователей разработала новый метод ускорения вычислений на квантовых компьютерах. Результаты опубликованы в журнале PRX Quantum Американского физического общества.

«В отличие от классических компьютеров, которые используют биты для хранения единиц и нулей, информация хранится в кубитах квантового процессора в форме квантового состояния или волновой функции», - говорит доктор наук Гильермо Гарсиа-Перес (Guillermo García-Pérez) с физического факультета Университета Хельсинки, первый автор статьи.

Таким образом, для считывания данных с квантовых компьютеров требуются специальные процедуры. Квантовые алгоритмы также требуют набора входных данных, представленных, например, в виде действительных чисел, и списка операций, которые необходимо выполнить с некоторым эталонным начальным состоянием.

«Используемое квантовое состояние фактически невозможно восстановить на обычных компьютерах, поэтому полезные идеи должны быть получены путем выполнения конкретных наблюдений (которые квантовые физики называют измерениями)», - говорит д-р Гарсиа-Перес.

Проблема заключается в том, что для многих популярных приложений квантовых компьютеров требуется большое количество измерений (например, так называемый вариационный квантовый вычислитель, который можно использовать для преодоления важных ограничений в изучении химии, например, при открытии лекарств). Известно, что количество требуемых вычислений очень быстро растет вместе с размером системы, которую нужно моделировать, даже если требуется лишь частичная информация. Это затрудняет масштабирование процесса, замедляет вычисления и потребляет много вычислительных ресурсов.

Метод, предложенный д-ром Гарсиа-Пересом и соавторами, использует обобщенный класс квантовых измерений, которые адаптируются на протяжении всего процесса вычисления, чтобы эффективно извлекать информацию, хранящуюся в квантовом состоянии. Это резко снижает количество итераций и, следовательно, время и вычислительные затраты, необходимые для получения высокоточного моделирования.

Метод может повторно использовать предыдущие результаты измерений и изменять свои собственные настройки. Последующие прогоны становятся все более точными, а собранные данные можно повторно использовать снова и снова для расчета других свойств системы без дополнительных затрат.

«Мы максимально используем каждую выборку, комбинируя все полученные данные. В то же время мы настраиваем измерения для получения высокоточных оценок исследуемой величины, например энергии интересующей молекулы. Объединив эти ингредиенты, мы можем сократить ожидаемое время работы на несколько порядков», - говорит Гарсиа-Перес.

Исследователи разработали алгоритм повышения эффективности квантовых компьютеров

Команда исследователей предлагает схему сокращения количества вычислений, необходимых для считывания данных, хранящихся в состоянии квантового процессора

Новая архитектура вертикальных транзисторов (дополнительные детали)

IBM и Samsung Electronics совместно объявили о прорыве в разработке полупроводников с использованием новой вертикальной транзисторной архитектуры, которая демонстрирует путь к масштабированию за пределы нанолиста (двумерной наноструктуры толщиной от 1 до 100 нм) и может снизить потребление энергии на 85% по сравнению с масштабируемым трехзатворным полевым транзистором (finFET). Глобальная нехватка полупроводников подчеркнула критическую роль инвестиций в исследования и разработки микросхем и их важность во всем: от высокопроизводительных вычислений до бытовой техники, устройств связи, транспортных систем и критически важной инфраструктуры.

Инновация в области полупроводников была достигнута в комплексе Albany Nanotech в Олбани, штат Нью-Йорк, где ученые-исследователи работают в тесном сотрудничестве с партнерами из государственного и частного секторов, чтобы раздвинуть границы логического масштабирования и возможностей полупроводников.

Такой совместный подход к инновациям делает Albany Nanotech Complex ведущей в мире экосистемой для исследований в области полупроводников и создает мощный поток инноваций, помогая удовлетворить потребности производства и ускорить рост мировой индустрии микросхем.

Новый прорыв в области вертикальных транзисторов может помочь полупроводниковой промышленности продолжить неустанный путь к значительным улучшениям. Так, станет доступной архитектура устройства, которая позволяет масштабировать полупроводниковые приборы за пределы нанолистов. Могут быть созданы батареи сотовых телефонов, которые будут работать без подзарядки больше недели. Энергоемкие процессы, такие как операции криптомайнинга и шифрование данных, будут выполняться при значительно меньших затратах энергии и иметь меньший углеродный след. Станет возможным постоянное расширение Интернета вещей и периферийных устройств с меньшими потребностями в энергии, что позволит им работать в более разнообразных средах, таких как океанские буи, автономные транспортные средства и космические корабли.

«Сегодняшнее сообщения о технологиях - это вызов общепринятым нормам и переосмысление того, как мы продолжаем развивать общество и внедрять инновации, которые улучшают жизнь, бизнес и снижают наше воздействие на окружающую среду, - сказал д-р Мукеш Харе (Mukesh Khare), вице-президент по гибридным облакам и системам, IBM Research. - Учитывая ограничения, с которыми в настоящее время сталкивается отрасль по нескольким направлениям, IBM и Samsung демонстрируют приверженность к совместным инновациям в разработке полупроводников и совместное стремление к тому, что мы называем «hard tech».

Новая архитектура вертикальных транзисторов

Сравнение композиции VTFET (слева) и FET (справа) с текущими через них токами

Раньше разработчикам удавалось поместить в микросхему больше транзисторов за счет уменьшения шага затвора и разводки. Физическое пространство, в котором помещаются все компоненты, называется шагом контактного затвора (CGP, Contacted Gate Pitch). Возможность уменьшения шага затвора и проводки в свое время позволила разработчикам интегральных схем перейти от тысяч к миллионам, а затем и к миллиардам транзисторов в чипах. Но и с самой передовой технологией FinFET все же остается не так много места для всех компонентов полевого транзистора и контактов.
Новая архитектура вертикальных транзисторов
Теперь же, ориентируя электрический ток по вертикали, появилось пространство для масштабирования CGP, сохраняя при этом работоспособность транзистора, контактов и изоляции (shallow trench isolation, STI). Освободившись от ограничений, связанных с боковой компоновкой и протеканием тока, удалось использовать более крупные контакты истока / стока для увеличения тока на устройстве. Длину затвора можно выбрать для оптимизации тока возбуждения устройства и утечки, а толщину прокладки можно независимо оптимизировать для снижения емкости. Отпала нужда идти на компромисс между затвором, прокладкой и размером контакта, что может привести к повышению скорости переключения и снижению энергопотребления.
Новая архитектура вертикальных транзисторов
Еще одна ключевая особенность VTFET - это возможность использовать STI для изоляции соседних цепей для достижения изоляции нулевого диффузионного прерывания (ZDB,  Zero-Diffusion Break) без потери шага активного затвора. Для сравнения, плотность схемы полевого транзистора с поперечным переносом зависит от двойных или одинарных диффузионных разрывов, необходимых для изоляции схемы, что влияет на возможность дальнейшего сокращения технологии.

 

Ukraine

 

  •  Home  •  Ринок  •  IТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Мережі  •  Безпека  •  Наука  •  IoT