Исследователи из Университета Джорджа Вашингтона (GW) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали и впервые продемонстрировали фотонный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), не выходящий за пределы оптической области. Такие новые преобразователи могут продвигать оборудование для обработки данных следующего поколения, имеющее большое значение для центров обработки данных, сетей 6G, искусственного интеллекта и многого другого.

Существующие оптические сети, через которые передается большая часть мировых данных, а также многие датчики, требуют цифро-аналогового преобразования, которое синергетически связывает цифровые системы с аналоговыми компонентами.

Используя платформу кремниевого фотонного чипа, Фолькер Дж. Соргер (Volker J. Sorger), доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в GW, и его коллеги создали цифро-аналоговый преобразователь, который не требует преобразования сигнала в электрическую область, таким образом демонстрируя потенциал удовлетворить потребность в высоких возможностях обработки при работе с оптическими данными, взаимодействуя с цифровыми системами и работая в компактном корпусе, с короткой задержкой сигнала и низким энергопотреблением.

«Мы нашли способ гладко преодолеть разрыв, существующий между этими двумя мирами, аналоговым и цифровым, - сказал Соргер. - Это устройство является важной ступенькой для создания оборудования для обработки данных следующего поколения».

ЦАП устраняет разрыв между Интернетом и электронным оборудованием

Ученые из Токийского технологического института (Tokyo Tech) и NTT Corporation (NTT) разрабатывают новый приемопередатчик на основе КМОП для беспроводной связи в диапазоне 300 ГГц, позволяющий в будущем использовать приложения, выходящие за рамки 5G. Их конструкция решает проблемы использования КМОП-технологии на ее практическом уровне и представляет собой первую широкополосную КМОП-систему с фазированной решеткой, работающую на таких повышенных частотах.

Связь на более высоких частотах - это постоянно востребованная цель в электронике из-за более высоких скоростей передачи данных, которые были бы возможны, и для использования преимуществ недостаточно используемых частей электромагнитного спектра. Многие приложения, выходящие за рамки 5G, а также стандарт IEEE 802.15.3d для беспроводной связи, требуют передатчиков и приемников, способных работать на частотах около 300 ГГц или выше.

К сожалению, надежная технология КМОП не совсем подходит для таких повышенных частот. Вблизи 300 ГГц усиление значительно затрудняется. Хотя было предложено несколько приемопередатчиков на основе КМОП для диапазона 300 ГГц, им либо не хватает выходной мощности и они могут работать только в условиях прямой видимости, либо для реализации требуется большая площадь схемы.

Для решения этих проблем группа ученых из Tokyo Tech в сотрудничестве с NTT предложила инновационный дизайн приемопередатчика на основе КМОП 300 ГГц.

Одна из ключевых особенностей предлагаемой конструкции - ее двунаправленность: большая часть схемы, включая смеситель, антенны и гетеродин, используется совместно приемником и передатчиком. Это означает, что общая сложность схемы и общая требуемая площадь схемы намного ниже, чем в однонаправленных реализациях.

Еще один важный аспект - использование четырех антенн в конфигурации с фазированной решеткой. В существующих решениях для КМОП-передатчиков 300 ГГц используется один излучающий элемент, который ограничивает усиление антенны и выходную мощность системы. Дополнительным преимуществом является возможность формирования диаграммы направленности фазированных решеток, которая позволяет устройству регулировать относительные фазы сигналов антенны для создания комбинированной диаграммы направленности с настраиваемой направленностью. Используемые антенны представляют собой штабелированные «антенны Вивальди», которые можно выгравировать непосредственно на печатных платах, что упрощает их изготовление.

В предлагаемом трансивере используется смеситель на субгармониках, который совместим с двунаправленным режимом работы и требует гетеродина со сравнительно более низкой частотой. Однако этот тип микширования приводит к низкой выходной мощности, что побудило команду прибегнуть к старой, но функциональной технике для ее повышения.

Весь трансивер был размещен на площади всего 4,17 мм². Он достиг максимальной скорости передачи 26 Гбод и приема 18 Гбод, что превосходит большинство современных решений. Это исследование поможет выжать больше из технологии КМОП для будущих приложений беспроводной связи.

Микрофотография микросхемы приемопередатчика с фазированной решеткой диапазона 300 ГГц

Ученые по-новому взглянули на следующие шаги по разработке быстрых, энергоэффективных вычислительных систем будущего, которые используют свет вместо электронов для обработки и хранения информации, включая аппаратное обеспечение, созданное непосредственно на основе работы человеческого мозга.

Группа ученых, включая профессора С. Дэвида Райта (C. David Wright) из Университета Эксетера, исследовала будущий потенциал компьютерных систем, использующих фотонику вместо традиционной электроники.

Исследование фокусируется на потенциальных решениях одной из самых насущных компьютерных проблем в мире - как разработать вычислительные технологии для быстрой и энергоэффективной обработки этих данных.

Современные компьютеры основаны на архитектуре фон Неймана, в которой быстрый центральный процессор (ЦП) физически отделен от гораздо более медленной памяти программ и данных.

Это означает, что скорость вычислений ограничена, а мощность тратится впустую из-за необходимости непрерывной передачи данных в память и процессор и из них через ограниченные по полосе пропускания и энергонеэффективные электрические межсоединения, известные как узкое место фон Неймана.

В результате было подсчитано, что более 50% мощности современных вычислительных систем тратится впустую просто на перемещение данных.

Профессор С. Дэвид Райт с инженерного факультета Университета Эксетера и один из соавторов исследования объясняет: «Очевидно, что необходим новый подход - такой, который может объединить основные задачи обработки информации - вычисления и память, тот, который может напрямую включать в аппаратные средства
способность учиться, адаптироваться и развиваться, и тот, который устраняет энергозатратные и ограничивающие скорость электрические соединения».

Фотонные нейроморфные вычисления - один из таких подходов. Здесь сигналы передаются и обрабатываются с использованием света, а не электронов, что дает доступ к гораздо большей полосе пропускания (скорости процессора) и значительно снижает потери энергии.

Более того, исследователи пытаются сделать само вычислительное оборудование изоморфным с биологической системой обработки (мозгом), разрабатывая устройства, которые напрямую имитируют основные функции нейронов мозга и синапсов, а затем соединяют их вместе в сети, которые могут предложить быструю, параллельную, адаптивную обработку для приложений ИИ и машинного обучения.

Концептуальный план будущего фотонного нейроморфного компьютера

Опытные компьютерные программисты демонстрируют более высокий уровень владения некоторыми поведенческими навыками и навыками внимания, чем новички. Чтобы определить ответственные области мозга, ученые использовали функциональную МРТ для анализа активности мозга 30 программистов разного уровня подготовки и обнаружили, что семь областей лобной, теменной и височной коры мозга опытных программистов оптимизированы для программирования. Результаты могут предоставить более эффективные методы и инструменты для изучения программирования всеми.

Во всем мире наблюдается рост числа студентов, изучающих информатику. В то же время возраст, чтобы начать программировать, становится все моложе и моложе, потому что правительства многих разных стран продвигают образование в области компьютерных наук для школьников до 12 лет. Несмотря на растущую популярность компьютерного программирования, мало что известно о том, как наш мозг адаптируется к этой относительно этой деятельности. Новое исследование, проведенное учеными из Японии, изучило мозговую активность 30 программистов разного уровня знаний и обнаружило, что семь областей лобной, теменной и височной коры головного мозга опытного программиста хорошо настроены для программирования. Открытие предполагает, что более высокие навыки программирования основаны на точно настроенной деятельности мозга в сети из нескольких распределенных областей мозга.

«Во многих исследованиях сообщалось о различиях между опытными и начинающими программистами в поведенческих характеристиках, структуре знаний и избирательном внимании. Мы не знаем, где именно в мозгу проявляются эти различия», - говорит Такатоми Кубо (Takatomi Kubo), доцент Института науки и технологии Нара, Япония, и одним из ведущих авторов исследования.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи наблюдали за группами новичков и опытных программистов. Программистам показали 72 различных фрагмента кода под наблюдением функциональной МРТ (фМРТ) и попросили поместить каждый фрагмент в одну из четырех функциональных категорий. Как и ожидалось, программисты с более высокими навыками лучше правильно распределяли фрагменты по категориям. Поисковый анализ (также называемый информационным картированием) показал, что объем информации в семи областях мозга – двусторонняя нижняя лобная извилина pars triangularis (IFG Tri), левая нижняя теменная долька (IPL), левая надмаргинальная извилина (SMG), левая средняя и нижняя височные извилины (MTG/IT) и правая средняя лобная извилина (MFG) – увеличивался с уровнем навыков программиста:

«Определение этих характеристик в мозгу опытных программистов предлагает хорошую отправную точку для понимания когнитивных механизмов, лежащих в основе опыта программирования. Наши результаты проливают свет на потенциальный набор когнитивных функций, составляющих опыт программирования», - говорит Кубо.

В частности, известно, что левые IFG Tri и MTG связаны с обработкой естественного языка и, в частности, с поиском семантических знаний целенаправленным образом. Левая IPL и SMG связаны с эпизодическим извлечением из памяти. Правый MFG и IFG Tri функционально связаны с управляемым стимулом контролем внимания.

«Программирование - относительно новый вид деятельности в истории человечества, и механизм этого в значительной степени неизвестен. Связь этой деятельности с другими хорошо известными когнитивными функциями человека улучшит наше понимание опыта программирования. Если мы получим более полную теорию об опыте программирования, это приведет к лучшим методам изучения и преподавания компьютерного программирования», - говорит Кубо.

Исследователи впервые достигли с помощью электроники регулируемого взаимодействия между микроволнами и явлением в определенных магнитных материалах, называемым спиновыми волнами. Это может найти применение в квантовой и классической обработке информации.

Работая с теоретиками из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, исследователи Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) достигли научного контроля, который является первым в своем роде. Они продемонстрировали новый подход, который позволяет в реальном времени контролировать взаимодействия между микроволновыми фотонами и магнонами, что может привести к прогрессу в электронных устройствах и квантовой обработке сигналов.

Микроволновые фотоны - это элементарные частицы, образующие электромагнитные волны, которые мы используем для беспроводной связи. С другой стороны, магноны - это элементарные частицы, образующие то, что ученые называют «спиновыми волнами» - волновые возмущения в упорядоченном массиве микроскопических выровненных спинов, которые могут возникать в определенных магнитных материалах.

В последние годы микроволновое фотонно-магнонное взаимодействие стало многообещающей платформой как для классической, так и для квантовой обработки информации. Однако до сих пор этим взаимодействием было невозможно манипулировать в реальном времени.

«До нашего открытия управление фотон-магнонным взаимодействием было похоже на выпуск стрелы в воздух, - сказал Сюйфэн Чжан (Xufeng Zhang), научный сотрудник Центра наноразмерных материалов, пользовательского центра Министерства энергетики в Аргонне, и автор этой работы. - В полете никто не может контролировать эту стрелу».

Открытие команды изменило это. «Теперь это больше похоже на полет на дроне, где мы можем направлять и контролировать его полет с помощью электроники», - сказал Чжан.

Путем умной инженерии команда использует электрический сигнал, чтобы периодически изменять частоту колебаний магнонов и тем самым вызывать эффективное магнон-фотонное взаимодействие. Результатом является первое в мире микроволново-магнонное устройство с возможностью настройки по запросу.

Устройство может контролировать силу фотон-магнонного взаимодействия в любой момент, когда информация передается между фотонами и магнонами. Оно даже может полностью включать и выключать взаимодействие. Благодаря этой возможности настройки ученые могут обрабатывать информацию и манипулировать ею способами, которые намного превосходят современные гибридные магнонные устройства.

«Исследователи искали способ контролировать это взаимодействие в течение последних нескольких лет», - отметил Чжан. Открытие команды предоставляет новое направление для обработки сигналов на основе магнонов и должно привести к созданию электронных устройств с новыми возможностями. Это также может позволить важные приложения для квантовой обработки сигналов, где микроволновые и магнонные взаимодействия исследуются в качестве многообещающего кандидата для передачи информации между различными квантовыми системами.

Устройство команды находится в центре. Стрелка указывает направление спинового возбуждения магнонов. Пурпурный кожух соответствует измерениям коэффициента отражения. Разделенные более темные линии на каждой стороне, которые пересекаются вверху, указывают на настраиваемую сильную фотон-магнонную связь

Мы очарованы машинами, которые могут управлять автомобилями, сочинять симфонии или побеждать людей в шахматах, го или Jeopardy! В то время как в области ИИ постоянно наблюдается прогресс, некоторые ученые и философы предупреждают об опасности неконтролируемого сверхразумного ИИ. Используя теоретические расчеты, международная группа исследователей, в том числе ученые из Центра людей и машин Института развития человека Макса Планка, показывает, что управлять сверхразумным ИИ невозможно.

Предположим, кто-то должен запрограммировать систему ИИ с интеллектом, превосходящим человеческий, чтобы она могла учиться независимо. Подключенный к Интернету, ИИ может иметь доступ ко всем данным человечества. Он может заменить все существующие программы и взять под контроль все машины по всему миру. Произойдет ли эта утопия или антиутопия? Сможет ли ИИ вылечить рак, установить мир во всем мире и предотвратить климатическую катастрофу? Или он уничтожит человечество и захватит Землю?

Ученые по ИТ и философы задаются вопросом, сможем ли мы вообще управлять сверхразумным ИИ, чтобы гарантировать, что он не будет представлять угрозу для человечества.

«Сверхразумная машина, которая управляет миром, звучит как научная фантастика. Но уже есть машины, которые выполняют определенные важные задачи автономно, при этом программисты полностью не понимают, как они это делают. Поэтому возникает вопрос, может ли это в какой-то момент стать неконтролируемым и опасным для человечества?», - говорит соавтор исследования Мануэль Себриан (Manuel Cebrian), руководитель группы цифровой мобильности в Центре людей и машин Института развития человека Макса Планка.

Ученые исследовали две разные идеи того, как можно управлять сверхразумным ИИ. С одной стороны, возможности сверхразумного ИИ можно было бы конкретно ограничить, например, отгородив его от Интернета и всех других технических устройств, чтобы он не мог контактировать с внешним миром, но это сделало бы сверхразумный ИИ значительно менее мощным, менее способным отвечать на гуманитарные задания. Не имея такой возможности, ИИ с самого начала мог бы быть мотивирован преследовать только цели, отвечающие интересам человечества, например, запрограммировав в него этические принципы. Однако исследователи также показывают, что эти и другие современные и исторические идеи по управлению сверхразумным ИИ имеют свои пределы.

В своем исследовании команда разработала теоретический алгоритм сдерживания, который гарантирует, что сверхразумный ИИ не может причинить вред людям ни при каких обстоятельствах (первый закон робототехники Айзека Азимова?), сначала моделируя поведение ИИ и останавливая его, если оно считается вредным. Но тщательный анализ показывает, что в нашей нынешней парадигме вычислений такой алгоритм не может быть построен.

«Если разложить проблему на основные правила теоретической информатики, окажется, что алгоритм, который приказал бы ИИ не разрушать мир, мог бы непреднамеренно остановить свои собственные операции. Если бы это произошло, вы бы не знали, будет ли алгоритм сдерживания все еще анализировать угрозу, и остановит ли он ее для сдерживания вредоносного ИИ. По сути, это делает алгоритм сдерживания непригодным для использования», - говорит Ияд Рахван (Iyad Rahwan), директор Центра людей и машин.

Основываясь на этих расчетах, проблема сдерживания невыполнима, то есть ни один алгоритм не может найти решение для определения того, причинит ли ИИ вред миру. Более того, исследователи демонстрируют, что мы можем даже не знать, когда появились сверхразумные машины, потому что решение о том, демонстрирует ли машина интеллект, превосходящий человеческий, находится в той же сфере, что и проблема сдерживания.

Международная группа исследователей под руководством Технологического университета Суинберна продемонстрировала самый быстрый и самый мощный в мире оптический нейроморфный процессор для искусственного интеллекта (ИИ), который работает со скоростью более 10 триллионов операций в секунду (TeraOPs/s) и способен обрабатывать крупномасштабные данные.

Этот прорыв, опубликованный в журнале Nature, представляет собой огромный скачок вперед в области нейронных сетей и нейроморфной обработки в целом.

Искусственные нейронные сети, ключевая форма ИИ, могут «учиться» и выполнять сложные операции с широкими приложениями для компьютерного зрения, обработки естественного языка, распознавания лиц, перевода речи, игры в стратегические игры, медицинской диагностики и многих других областей. Заимствуя биологическую структуру системы зрительной коры головного мозга, искусственные нейронные сети извлекают ключевые особенности необработанных данных для предсказания свойств и поведения с беспрецедентной точностью и простотой.

Во главе с проф. Суинберна Дэвидом Моссом (David Moss), д-ром Синюанем (Майк) Сюй (Xingyuan (Mike) Xu) (Суинберн, Университет Монаша) и проф. Арнаном Митчеллом (Arnan Mitchell) из Университета RMIT команда достигла исключительных результатов в оптических нейронных сетях, резко увеличила скорость вычислений и вычислительную мощность.

Команда продемонстрировала оптический нейроморфный процессор, работающий более чем в 1000 раз быстрее, чем любой предыдущий процессор, при этом система также обрабатывает сверхбольшие изображения рекордного размера, достаточного, чтобы добиться полного распознавания изображений лица, чего не смогли сделать другие оптические процессоры.

«Этот прорыв был достигнут с помощью« оптических микрогребней», - говорит проф. Мосс, директор Центра оптических наук Суинберна.

Современные электронные процессоры, такие как Google TPU, могут работать со скоростью более 100 тераопераций в секунду. Это достигается с помощью десятков тысяч параллельных процессоров. В отличие от этого, оптическая система, продемонстрированная командой, использует один процессор и была создана с использованием новой техники одновременного чередования данных по времени, длине волны и пространственным измерениям через интегрированный источник микрогребенок.

Микрогребенки - это относительно новые устройства, которые действуют как радуга, состоящие из сотен высококачественных инфракрасных лазеров на одном чипе. Они намного быстрее, меньше, легче и дешевле, чем любой другой оптический источник.

«За 10 лет с момента их изобретения, интегрированные микросхемы на основе микрогребней стали чрезвычайно важными, и мне действительно интересно видеть, как они обеспечивают эти огромные достижения в области передачи и обработки информации. Микрогребни открывают для нас огромные перспективы в достижении ненасытная потребность мира в информации», - говорит проф. Мосс.

«Этот процессор может служить универсальным интерфейсом со сверхвысокой пропускной способностью для любого нейроморфного оборудования - оптического или электронного, - делая машинное обучение на основе массивных данных доступным в режиме реального времени, - отметил соавтор исследования д-р Сюй, выпускник Суинберна и научный сотрудник факультета инженерии электрических и компьютерных систем Университета Монаша.

Проф. Митчелл добавляет: «Эта технология применима ко всем формам обработки и связи - она окажет огромное влияние. В долгосрочной перспективе мы надеемся реализовать полностью интегрированные системы на кристалле, что значительно снизит затраты и потребление энергии».

«Сверточные нейронные сети сыграли центральную роль в революции ИИ, но существующие кремниевые технологии все чаще представляют собой узкое место в скорости обработки и энергоэффективности», - говорит ключевой сторонник исследовательской группы проф. Дэмиен Хикс (Damien Hicks) из Суинберна и Института Уолтера и Элизабет Холл.

Он добавляет: «Этот прорыв показывает, как новая оптическая технология делает такие сети более быстрыми и эффективными, и является убедительной демонстрацией преимуществ междисциплинарного мышления, наличия вдохновения и смелости, чтобы взять идею из одной области и использовать ее для решения фундаментальной проблемы в другой».

Доктор Синюань (Майк) Сюй со встроенным оптическим микрочипом, который составляет ядро оптического нейроморфного процессора

Используя синхротронное излучение на SPring-8 - крупномасштабной установке синхротронного излучения - Университет Тохоку, корпорация Toshiba и Японский научно-исследовательский институт синхротронного излучения (JASRI) впервые успешно визуализировали динамику намагничивания записывающей головки жесткого диска (HDD) с точностью до одной десятимиллиардной доли секунды. Метод позволяет точно анализировать работу записывающей головки, ускоряя разработку записывающих головок следующего поколения и дополнительно увеличивая емкость жесткого диска.

International Data Corporation прогнозирует пятикратное увеличение объема данных, генерируемых во всем мире, за семь лет с 2018 по 2025 год. Жесткие диски по-прежнему будут использоваться в качестве основных устройств хранения данных. Дальнейшее увеличение емкости жесткого диска и повышение скорости передачи данных с помощью логической конструкции записывающей головки требует исчерпывающего и точного понимания ее работы.

Однако на пути к этому существуют препятствия: современные пишущие головки имеют очень тонкую структуру с размерами менее 100 нм. Перемагничивание происходит менее чем за наносекунду, что затрудняет экспериментальное наблюдение динамики пишущей головки. Вместо этого анализ записывающей головки проводился путем моделирования динамики намагничивания или косвенно путем оценки характеристик записи на носителе магнитной записи. У обоих подходов есть свои недостатки, и существует явная потребность в новом методе, способном точно улавливать динамику записывающей головки.

Университет Тохоку, Toshiba и JASRI использовали сканирующий микроскоп с мягким рентгеновским магнитным круговым дихроизмом, установленный на канале BL25SU на SPring-8, для разработки новой технологии анализа для записывающих головок жестких дисков.

Новая технология реализует измерения с разрешением по времени за счет синхронизированного управления синхронизацией, при котором записывающая головка работает с интервалом в одну десятую цикла периодических рентгеновских импульсов, генерируемых накопительным кольцом SPring-8. Одновременно сфокусированные рентгеновские лучи сканируют обращенную к среде поверхность записывающей головки, а магнитный круговой дихроизм отображает временные изменения намагниченности. Таким образом достигается временное разрешение 50 пикосекунд и пространственное разрешение 100 нанометров, что позволяет проводить анализ тонких структур и быструю работу записывающей головки.

Команда разработчиков использовала новую технологию для получения временной эволюции изображений намагниченности во время реверсирования записывающей головки. Визуализация показала, что перемагничивание главного полюса завершается в течение наносекунды и что пространственные паттерны намагничивания появляются в области экрана в ответ на перемагничивание основного полюса. Никакие предыдущие исследования операций записывающей головки не обеспечивали такого высокого пространственного и временного разрешения, и ожидается, что использование этого подхода поддержит высокоточный анализ операций записывающей головки, что будет способствовать разработке записывающих головок следующего поколения и дальнейшим улучшениям производительности HDD.

В настоящее время Toshiba исследует технологии магнитной записи для жестких дисков следующего поколения и стремится применить разработанный метод анализа и знания к созданию записывающей головки для магнитной записи с увеличением энергии.

Новая аналитическая технология записывающей головки жесткого диска может увеличить его емкость

Исследователи из Франции, Японии и США впервые продемонстрировали широкополосную оптическую передачу в волокнах с более чем 15 модами, впервые достигнув рекордной скорости передачи данных более 1 петабит/с.

Исследователи из французского поставщика оптоволоконных кабелей Prysimian во главе с Пьером Силларом (Pierre Sillard) работали с Исследовательским институтом сетевых систем Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) в Японии и Nokia Bell Labs в США над объединением высокоэффективных широкополосных оптических кабелей с высокой спектральной эффективностью передачи с помощью оптического волокна с 15 модами, диаметр оболочки которого соответствует действующему промышленному стандарту 0,125 мм.

Это стало возможным благодаря мультиплексорам мод и оптическому волокну, поддерживающему широкополосную передачу в диапазоне более 80 нм на расстояние 23 км. Исследование подчеркивает большой потенциал одножильных многомодовых волокон для передачи с высокой пропускной способностью с использованием процессов производства аналогичных тем, которые используются при производстве стандартных многомодовых волокон.

По сравнению с многожильными оптическими волокнами многомодовые волокна могут поддерживать более высокую пространственную плотность сигнала, и их легче производить. Однако использование многомодовых волокон для мультиплексированной передачи с пространственным разделением каналов большой емкости требует использования вычислительно-интенсивной обработки цифровых сигналов. Эти требования возрастают с увеличением количества мод передачи, при этом возникает проблема поддержки большого количества мод.

В NICT был разработан и проведен эксперимент по передаче, в котором использовалось передающее волокно производства Prysmian и модовые мультиплексоры, разработанные Bell Labs. Подсистема широкополосного приемопередатчика была разработана в NICT для передачи и приема нескольких сотен каналов WDM с высокой спектральной эффективностью и высоким качеством сигнала.

Мультиплексоры мод были основаны на многоплоскостном процессе преобразования света, при котором свет 15 входных волокон многократно отражался от фазовой пластины, чтобы соответствовать модам передающего волокна. Передающее волокно было длиной 23 км и имело конструкцию с градиентным коэффициентом преломления.

Ключевым моментом является то, что это стандартное волокно с диаметром оболочки 0,125 мм и диаметром покрытия 0,245 мм.

Увеличение количества мод в многомодовой волоконно-оптической системе передачи увеличивает вычислительную сложность необходимой цифровой обработки сигналов MIMO. Однако передающее волокно имело небольшую модальную задержку, что упрощало сложность MIMO и сохраняло эту низкую модальную задержку в большой оптической полосе пропускания.

В результате команда смогла продемонстрировать передачу 382 каналов, каждый из которых модулирован сигналами 64-QAM. Это позволило осуществить первую передачу со скоростью более 1 Пбит/с, увеличив демонстрацию текущего рекорда в 2,5 раза.

Команда изучает вопрос о том, как увеличить дальность многомодовой передачи с большой пропускной способностью и интегрировать ее с многожильной технологией, чтобы заложить основу будущей технологии оптической передачи с большой пропускной способностью.

Мировой рекорд передачи 1 Пбит/с в широкополосном многомодовом оптоволокне увеличивает текущую скорость передачи данных в 2,5 раза

Спустя пять лет после Парижского соглашения по климату все взоры прикованы к прогрессу мира на пути к безуглеродному будущему. Важной частью этой цели является переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, таким как энергия солнца, воды, ветра и волн. Среди них солнечная энергия всегда вызывала самые большие надежды в научном сообществе как самый надежный и богатый источник энергии на Земле. В последние десятилетия солнечные элементы стали дешевле, эффективнее и экологичнее. Однако современные солнечные элементы, как правило, непрозрачны, что препятствует их более широкому использованию и интеграции в повседневные материалы, ограничиваясь размещением на крышах и в удаленных солнечных фермах.

Но что, если солнечные панели нового поколения можно будет интегрировать в окна, здания или даже экраны мобильных телефонов? На это надеется профессор Джуньдон Ким (Joondong Kim) с кафедры электротехники Инчхонского национального университета, Корея. В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Power Sources, он и его коллеги подробно описывают свое последнее изобретение: полностью прозрачный солнечный элемент. «Уникальные свойства прозрачных фотоэлектрических элементов могут найти различные применения в технологиях для людей», - говорит профессор Ким.

Идея прозрачных солнечных элементов хорошо известна, но это новое приложение, в котором ученые смогли реализовать эту идею на практике, является важным открытием. В настоящее время материалы, делающие солнечный элемент непрозрачным, представляют собой полупроводниковые слои, отвечающие за улавливание света и преобразование его в электрический ток. Таким образом, профессор Ким и его коллеги рассмотрели два потенциальных полупроводниковых материала, определенные предыдущими исследователями за их желаемые свойства.

Первый - это диоксид титана (TiO2), хорошо известный полупроводник, уже широко используемый для изготовления солнечных элементов. Помимо отличных электрических свойств, TiO2 также является экологически чистым и нетоксичным материалом. Этот материал поглощает УФ-свет, пропуская большую часть видимого светового диапазона. Вторым исследованным материалом для создания этого перехода был оксид никеля (NiO), еще один полупроводник, который, как известно, обладает высокой оптической прозрачностью. Поскольку никель является часто встречающимся элементом на Земле, а его оксид можно легко производить при низких промышленных температурах, то NiO также является отличным материалом для изготовления экологически чистых элементов.

Солнечный элемент, подготовленный исследователями, состоял из стеклянной подложки и металлооксидного электрода, поверх которого они нанесли тонкие слои полупроводников (сначала TiO2, затем NiO), и окончательного покрытия из серебряных нанопроволок, действующих как другой электрод в элементе. Они провели несколько тестов, чтобы оценить поглощение и пропускание света устройством, а также его эффективность в качестве солнечного элемента.

Их выводы были обнадеживающими: с эффективностью преобразования мощности 2,1% производительность ячейки была довольно хорошей, учитывая, что она нацелена только на небольшую часть светового спектра. Ячейка также была очень чувствительной и работала в условиях низкой освещенности. Более того, более 57% видимого света проходило через слои ячейки, придавая ей прозрачный вид. В заключительной части эксперимента исследователи продемонстрировали, как их устройство можно использовать для питания небольшого двигателя. «Хотя этот инновационный солнечный элемент все еще находится в зачаточном состоянии, наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что возможно дальнейшее их улучшение за счет оптимизации оптических и электрических свойств элемента», - предполагает профессор Ким.

Теперь, когда ученые продемонстрировали практичность прозрачного солнечного элемента, они надеются еще больше повысить его эффективность в ближайшем будущем. Только дальнейшие исследования могут сказать, действительно ли такие элементы станут реальностью, но при всех намерениях и целях эта новая технология открывает - в буквальном смысле - окно в будущее чистой энергии.