Исследователи из Университета Линчёпинга разработали метод, который может привести к созданию новых типов дисплеев на основе структурных цветов. Открытие открывает путь к дешевым и энергоэффективным цветным дисплеям и электронным этикеткам. Исследование опубликовано в научном журнале Advanced Materials.

Обычно мы думаем о цветах как о созданных пигментами, которые поглощают свет на определенных длинах волн, так что мы воспринимаем цвет от других длин волн, которые рассеиваются и достигают наших глаз. Вот почему, например, листья зеленые, а помидоры красные. Но цвета можно создавать и другими способами, и некоторые материалы кажутся цветными из-за своей структуры. Структурные цвета могут возникать, когда свет отражается внутри материала в масштабе нанометров. Обычно это называют интерференционными эффектами. Примером, встречающимся в природе, являются павлиньи перья, которые в основном коричневые, но приобретают свой характерный сине-зеленый блеск из-за небольших структурных особенностей.

Исследователи из Университета Линчёпинга разработали новый и простой метод создания структурных цветов для использования с отражающими цветными дисплеями. Новый метод может позволить изготавливать тонкие и легкие дисплеи с высокой энергоэффективностью для широкого спектра приложений.

Светоотражающие цветные дисплеи отличаются от цветных дисплеев, которые мы видим в повседневной жизни на таких устройствах, как мобильные телефоны и компьютеры. Последние состоят из небольших светодиодов красного, зеленого и синего цветов, расположенных близко друг к другу, так что вместе они создают белый свет. Цвет каждого светодиода зависит от молекул, из которых он построен, или, другими словами, от его пигмента. Однако производство светодиодов относительно дорогое, а глобальное использование излучающих дисплеев требует больших затрат энергии. Поэтому другой тип дисплеев, отражающие дисплеи, исследуется для использования в планшетных компьютерах, электронных книгах и в электронных этикетках. Отражающие дисплеи формируют изображения, управляя отражением падающего света из окружающей среды. Это означает, что им не нужен собственный источник освещения. Однако большинство светоотражающих дисплеев по своей природе монохромны, и попытки создать цветные версии были довольно сложными и иногда приводили к плохим результатам.

Шанжи Чень (Shangzhi Chen) - недавно назначенный доктор в Лаборатории органической электроники Университета Линчёпинга и главный автор статьи, описывающей новый тип динамического структурного цветного изображения, опубликованной в научном журнале Advanced Materials.

«Мы разработали простой метод получения структурных цветных изображений с использованием электропроводящих пластиков или проводящих полимеров. Полимер наносят на зеркало наноразмерной толщины с помощью метода, известного как парофазная полимеризация, после того, как подложка была освещена ультрафиолетовым светом.

Чем сильнее УФ-излучение, тем толще полимерная пленка, и это позволяет нам контролировать структурные цвета, которые появляются в разных местах на подложке», - говорит Шанжи Чень.

Метод позволяет получать все цвета видимого спектра. Кроме того, цвета можно впоследствии регулировать, используя электрохимическое изменение окислительно-восстановительного состояния полимера. Эта функция была популярна для монохромных отражающих дисплеев, и новое исследование показывает, что одни и те же материалы могут обеспечивать динамические цветные изображения с использованием эффектов оптической интерференции в сочетании с пространственным контролем наноразмерной толщины. Магнус Йонссон (Magnus Jonsson), доцент лаборатории органической электроники Университета Линчёпинга, считает, что этот метод имеет большой потенциал, например, для таких приложений, как цветные электронные этикетки. Дальнейшие исследования могут также позволить производить более совершенные дисплеи.

«Мы получаем все больший объем информации через цифровые дисплеи, и если мы сможем способствовать тому, чтобы большее количество людей получило доступ к информации с помощью дешевых и энергоэффективных дисплеев, это было бы большим преимуществом. Но еще предстоит провести много исследований, и новые проекты уже в процессе», - говорит доц. Магнус Йонссон.

Магнус Йонссон (слева) и Шанжи Чень в лаборатории

Международная группа физиков под руководством Университета Миннесоты обнаружила, что уникальный сверхпроводящий металл более эластичен, когда используется в форме очень тонкого слоя. Исследование является первым шагом к более широкой цели понимания нетрадиционных сверхпроводящих состояний в материалах, которые, возможно, могут быть использованы в квантовых вычислениях в будущем.

В этом сотрудничестве участвуют четыре преподавателя факультета физики и астрономии Миннесотского университета - доцент Влад Прибяг, профессор Рафаэль Фернандес (Rafael Fernandes), доценты Фиона Бернелл (Fiona Burnell) и Ке Ван (Ke Wang), а также физики из Корнельского университета и ряда других учреждений. Исследование публикуется в Nature Physics, ежемесячном рецензируемом научном журнале, издаваемом Nature Research.

Диселенид ниобия (NbSe2) является сверхпроводящим металлом. Нередко материалы ведут себя по-разному, когда они очень малых размеров, но NbSe2 имеет потенциально полезные свойства. Исследователи обнаружили, что материал в 2D-форме (очень тонкая подложка толщиной всего в несколько атомных слоев) является более упругим сверхпроводником, поскольку он имеет двойную симметрию, которая сильно отличается от более толстых образцов того же материала.

Вдохновленные теоретическим предсказанием Фернандеса и Бернелла об экзотической сверхпроводимости в этом двумерном материале, Прибяг и Ван начали исследовать атомно-тонкие двумерные сверхпроводящие устройства.

«Мы ожидали, что у него будет шестикратная вращательная симметрия, как у снежинки, - сказал Ван. - Несмотря на шестикратную структуру, в эксперименте материал показал только двукратное поведение».

«Это был один из первых случаев, когда [это явление] было замечено в реальных материалах», - сказал Прибяг.

Исследователи объяснили недавно обнаруженную двукратную вращательную симметрию сверхпроводящего состояния в NbSe2 смешением двух тесно конкурирующих типов сверхпроводимости, а именно обычного s-волнового состояния, типичного для объемного NbSe2, и нетрадиционного состояния d- или p-типа, возникающего в многослойном NbSe2. Два типа сверхпроводимости имеют очень близкие энергии в этой системе. Из-за этого они взаимодействуют и соревнуются друг с другом.

Прибяг и Ван сказали, что позже они узнали, что ученые из Корнельского университета изучали ту же физику, используя другую экспериментальную технику, а именно измерения квантового туннелирования. Они решили объединить свои результаты с исследованием Корнелла и опубликовать всеобъемлющее исследование.

Бернелл, Прибяг и Ван планируют использовать эти первоначальные результаты для дальнейшего исследования свойств атомарно тонкого NbSe2 в сочетании с другими экзотическими 2D-материалами, что в конечном итоге может привести к использованию нетрадиционных сверхпроводящих состояний, таких как топологическая сверхпроводимость, для создания квантовых компьютеров.

«Нам нужен полностью плоский интерфейс атомарного масштаба, - сказал Прибяг. - Мы считаем, что эта система сможет предоставить нам лучшую платформу для изучения материалов, чтобы использовать их в приложениях квантовых вычислений».

Группа физиков из Университета Миннесоты обнаружила, что уникальный сверхпроводящий металл диселенид ниобия (NbSe2) более эластичен при использовании в качестве очень тонкого слоя. На приведенной выше диаграмме показаны различные s-, p- и d-волновые сверхпроводящие состояния в металле

Исследования, проведенные Кентским университетом и лабораторией Резерфорда – Эпплтона, управляемой STFC (Science and Technology Facilities Council), привели к открытию нового редкого топологического сверхпроводника LaPt₃P. Это открытие может иметь огромное значение для будущих операций квантовых компьютеров.

Сверхпроводники проявляют квантовые свойства в масштабе обычных объектов, что делает их очень привлекательными кандидатами для создания компьютеров, которые используют квантовую физику для хранения данных и выполнения вычислительных операций, и могут значительно превосходить даже лучшие суперкомпьютеры в определенных задачах. В результате ведущие технологические компании, такие как Google, IBM и Microsoft, постоянно стремятся создавать квантовые компьютеры в промышленных масштабах с использованием сверхпроводников.

Однако элементарные блоки квантовых компьютеров (кубиты) чрезвычайно чувствительны и теряют свои квантовые свойства из-за электромагнитных полей, тепла и столкновений с молекулами воздуха. Защита от них может быть достигнута путем создания более устойчивых кубитов с использованием специального класса сверхпроводников, называемых топологическими сверхпроводниками, которые помимо того, что являются сверхпроводниками, также содержат защищенные металлические состояния на своих границах или поверхностях.

Топологические сверхпроводники, такие как LaPt₃P, недавно обнаруженные в результате экспериментов по релаксации спина мюонов и обширного теоретического анализа, исключительно редки и представляют огромную ценность для будущей индустрии квантовых вычислений.

Чтобы гарантировать, что его свойства не зависят от образца и прибора, в Уорикском университете и в ETH Zurich были подготовлены два разных набора образцов. Затем мюонные эксперименты были выполнены на мюонных установках двух различных типов: в импульсном нейтронном источнике ISIS и источнике мюонов в лаборатории Резерфорда - Эпплтона STFC и в PSI, Швейцария.

Доктор Судип Кумар Гош (Sudeep Kumar Ghosh), научный сотрудник Leverhulme в Кенте и главный исследователь, сказал: «Это открытие топологического сверхпроводника LaPt₃P имеет огромный потенциал в области квантовых вычислений. Открытие такого редкого и желанного компонента демонстрирует важность исследования мюонов для повседневного мира вокруг нас».

Органические полупроводники заработали репутацию энергоэффективных материалов в органических светодиодах (OLED), которые используются уже массово в дисплеях. В этих и других приложениях, таких как солнечные элементы, ключевым параметром является энергетический зазор между электронными состояниями. Он определяет длину волны излучаемого или поглощаемого света. Желательна непрерывная регулировка этого энергетического зазора. Действительно, для неорганических материалов уже существует соответствующий метод - так называемое смешивание. Он основан на создании ширины запрещенной зоны путем замещения атомов в материале. Это обеспечивает возможность непрерывной перестройки, как, например, в полупроводниках из арсенида алюминия-галлия. К сожалению, это не может быть перенесено на органические полупроводники из-за их различных физических характеристик и парадигмы построения на основе молекул, что значительно затрудняет настройку непрерывной запрещенной зоны.

Тем не менее, ученые из «Центра передовой электроники» в Дрездене (CFAED, TU Dresden) и кластера передового опыта «э-преобразования» в Мюнхенском университете вместе с партнерами из Вюрцбургского, Берлинского и Ульмского университетов впервые реализовали технологию создания запрещенной зоны для органических полупроводников путем смешивания.

Для неорганических полупроводников уровни энергии могут быть сдвинуты друг к другу за счет атомных замещений, тем самым уменьшая ширину запрещенной зоны («инженерия запрещенной зоны»). Напротив, модификации зонной структуры путем смешивания органических материалов могут только согласованно сдвинуть уровни энергии вверх или вниз. Это связано с сильными кулоновскими эффектами, которые можно использовать в органических материалах, но это не влияет на щель. «Было бы очень интересно также изменить щель органических материалов путем смешивания, чтобы избежать длительного синтеза новых молекул», - говорит профессор Карл Лео (Karl Leo) из Технического университета Дрездена.

Теперь исследователи нашли нетрадиционный способ смешивания материала со смесями похожих молекул, различающихся по размеру. «Ключевой вывод заключается в том, что все молекулы выстраиваются в определенные структуры, которые допускаются их молекулярной формой и размером, - объясняет Франк Ортманн (Frank Ortmann), профессор Мюнхенского технического университета и руководитель группы Центра передовой электроники в Дрездене (CFAED, TU Dresden). - Это вызывает желаемое изменение диэлектрической проницаемости материала и энергии щели».

Группа Фрэнка Ортмана смогла прояснить механизм, моделируя структуру смешанных пленок и их электронные и диэлектрические свойства. Соответствующее изменение молекулярной упаковки в зависимости от формы смешанных молекул было подтверждено измерениями рассеяния рентгеновских лучей, выполненными группой Organic Devices Group профессора Стефана Маннсфельда (Stefan Mannsfeld) в CFAED.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Materials. Хотя это доказывает осуществимость такого типа инженерной стратегии на уровне энергии, ее применение будет изучено для оптоэлектронных устройств в будущем.

Изменение соотношения молекул 3T (на переднем плане) и молекул 6T (указано на заднем плане) в смеси позволяет непрерывно настраивать энергетическую щель

Спрос на гибкую носимую электронику резко вырос в связи с резким ростом интеллектуальных устройств, которые могут обмениваться данными с другими устройствами через Интернет с помощью встроенных датчиков, программного обеспечения и других технологий. Следовательно, исследователи сосредоточились на изучении гибких устройств хранения энергии, таких как гибкие суперконденсаторы (FSC), которые легки и безопасны и просто интегрируются с другими устройствами. FSC имеют высокую удельную мощность и высокую скорость зарядки и разрядки.

Печатная электроника, производство электронных устройств и систем с использованием традиционных методов печати оказались экономичной, простой и масштабируемой стратегией для изготовления FSC. Традиционные методы микропроизводства могут быть дорогими и сложными.

В Applied Physics Reviews от AIP Publishing исследователи из Уханьского университета и Хунаньского университета предоставляют обзор печатных FSC с точки зрения их способности создавать функциональные чернила, разрабатывать электроды для печати и интегрировать функции с другими электронными устройствами.

Печатные FSC обычно производятся путем печати функциональных красок на традиционных органических и неорганических материалах электродов на гибких подложках. Благодаря тонкопленочной структуре эти печатные устройства можно сгибать, растягивать и скручивать до определенного радиуса без потери электрохимической функции.

Кроме того, жесткие компоненты токосъемника суперконденсатора также могут быть заменены гибкими печатными деталями. Различные методы печати, такие как трафаретная печать, струйная печать и 3D-печать, хорошо зарекомендовали себя для изготовления печатных FSC.

«Разработка миниатюрных гибких и плоских высокопроизводительных электрохимических накопителей энергии является насущной необходимостью для содействия быстрому развитию портативных электронных устройств в повседневной жизни, - сказал автор Ву Вэй (Wu Wei). - Мы можем представить, что в будущем мы сможем использовать любой принтер в нашей жизни и можем напечатать суперконденсатор для зарядки мобильного телефона или смарт-браслета в любое время».

Исследователи обнаружили, что для составов чернил для печати необходимо соблюдать два принципа. Во-первых, при выборе компонентов чернил жизненно важно включать меньше неэффективных добавок, больше проводящих связующих и отличных материалов для дисперсионных электродов. Во-вторых, чернила должны иметь подходящую вязкость и хорошие реологические свойства для получения отличных отпечатков.

Функциональные материалы, пригодные для печати, такие как графен и псевдоемкостные материалы, являются хорошими основными компонентами печатных суперконденсаторов.

Поскольку печатная электроника предлагает преимущество гибкости и низкой стоимости, ее можно использовать для производства солнечных элементов, гибких OLED-дисплеев, транзисторов, RFID-меток и других интегрированных интеллектуальных устройств. Это открывает возможности для многих других приложений, включая интеллектуальный текстиль, интеллектуальную упаковку и интеллектуальные этикетки.

Печатный гибкий суперконденсатор с индивидуальными рисунками

Команда, возглавляемая Томасом Шиллом (Thomas Shiell) и Тимоти Штробелем (Timothy Strobel) из Карнеги, разработала метод синтеза новой кристаллической формы кремния с гексагональной структурой, которая потенциально может быть использована для создания электронных и энергетических устройств следующего поколения с улучшенными свойствами, превосходящими «обычные» кубические формы, используемая сегодня.

Кремний играет огромную роль в жизни человека. Это второй по распространенности элемент в земной коре. В сочетании с другими элементами он необходим для многих строительных и инфраструктурных проектов. Он настолько важен для вычислений, что давний технологический центр США - Кремниевая долина в Калифорнии - получил прозвище в честь него.

Как и все элементы, кремний может принимать различные кристаллические формы, называемые аллотропами, точно так же, как мягкий графит и сверхтвердый алмаз являются формами углерода. Форма кремния, наиболее часто используемая в электронных устройствах, включая компьютеры и солнечные панели, имеет ту же структуру, что и алмаз. Несмотря на повсеместное распространение, эта форма кремния на самом деле не полностью оптимизирована для приложений следующего поколения, включая высокопроизводительные транзисторы и некоторые фотоэлектрические устройства.

Хотя теоретически возможно множество различных аллотропов кремния с улучшенными физическими свойствами, на практике существует лишь несколько из них, учитывая отсутствие известных путей синтеза, доступных в настоящее время.

Лаборатория Штробеля ранее разработала революционно новую форму кремния, названную Si24, которая имеет открытый каркас, состоящий из серии одномерных каналов. В этой новой работе Шиелл и Штробель возглавили команду, которая использовала Si24 в качестве отправной точки в многоступенчатом синтезе, результатом которого стали высокоориентированные кристаллы в форме, названной в честь четырех повторяющихся слоев в гексагональной структуре 4H-кремнием.

«Интерес к гексагональному кремнию возник еще в 1960-х годах из-за возможности настраиваемых электронных свойств, которые могли бы улучшить характеристики сверх кубической формы», - пояснил Штробель.

Гексагональные формы кремния были синтезированы ранее, но только путем осаждения тонких пленок или в виде нанокристаллов, сосуществующих с неупорядоченным материалом. Недавно продемонстрированный способ Si24 дает первые высококачественные объемные кристаллы, которые служат основой для будущих исследований.

Используя усовершенствованный вычислительный инструмент под названием PALLAS, который ранее был разработан членами команды для прогнозирования путей структурного перехода, группа смогла понять механизм перехода от Si24 к 4H-Si, и структурные отношения, которые позволяют сохранять высокоориентированные кристаллы продукта.

«Помимо расширения нашего фундаментального контроля над синтезом новых структур, открытие объемных кристаллов 4H-кремния открывает дверь в захватывающие перспективы будущих исследований для настройки оптических и электронных свойств посредством инженерии деформаций и элементного замещения, - сказал Шиелл. - Мы могли бы потенциально использовать этот метод для создания затравочных кристаллов для выращивания больших объемов структуры 4H со свойствами, которые потенциально превосходят свойства алмазного кремния».

Визуализация структуры 4H-Si перпендикулярно гексагональной оси. Микрофотография просвечивающего электронного микроскопа, показывающая последовательность укладки, отображается на заднем плане

Исследовательская компания в Сингапуре использует термин динамическая флэш-память (Dynamic Flash Memory, DFM), хотя память является энергозависимой. Преимущества перед обычным 1T-1C DRAM включают более высокую плотность, скорость, более длительный период обновления, и исследовательская компания ищет партнерские отношения, чтобы продемонстрировать легкость внедрения DFM в качестве замены DRAM.

Unisantis Electronics также подчеркивает, что в отличие от так называемых новых технологий энергонезависимой памяти, таких как MRAM, ReRAM, FRAM и PCM, DFM не требует добавления дополнительных материалов помимо стандартного процесса CMOS. Однако следует отметить, что есть некоторые сегнетоэлектрические технологии и технологии ReRAM, которые также относятся к этой категории.

DFM был представлен в документе под названием «Динамическая флэш-память с двойным затвором, окружающим затворный транзистор (SGT)» на 13-м Международном семинаре по памяти IEEE (IMW) его изобретателями, Кодзи Сакуи (Koji Sakui) и Нодзому Харада (Nozomu Harada) из Unisantis. Тем не менее, похоже, что это в основном теоретическая статья, не привязанная к конкретной реализации кремния или технологическому узлу. Компания заявляет, что технология подходит как для автономных, так и для встроенных приложений памяти.

В Unisantis заявили, что, поскольку DFM не полагается на конденсаторы для сохранения своего состояния, у нее меньше путей утечки. Заряд хранится по длине вертикального транзистора, который имеет соотношение сторон 50:1 в процессе производства DRAM 20 нм. Вертикальный транзистор предлагает более высокую плотность по сравнению с обычными DRAM и возможность доступа через точку. Это также позволяет стирать блоки аналогично флэш-памяти. Компания утверждает, что все это приводит к значительному увеличению скорости и снижению энергопотребления по сравнению с DRAM.
Сакуи сообщил eeNews Europe, что существует возможность продлить период обновления во многих случаях до 100 раз, при использовании DFM, по крайней мере, до секунд.

Перекрестный доступ к массиву вертикальных транзисторов дает 4F2 области ячеек памяти. Источник: Unisantis Electronics

Синдром «запертого человека», неврологическое заболевание, вызывающее полный паралич почти всех произвольных мышц, оставляет примерно одного человека из 100 000 неспособным к естественному общению. Однако, используя инструменты компьютерной визуализации функций мозга и специально разработанное программное обеспечение, исследователи позволили парализованным участникам снова общаться.

Один из методов компьютерно-опосредованной коммуникации использует мигающие «умозаключения», когда участник смотрит на экран с клавиатурой букв, мигающих с разной скоростью. Сосредоточение внимания на данной букве вызывает нейронный отклик в зрительной коре головного мозга, соответствующий частоте мигания, и путем измерения этого отклика с помощью электроэнцефалографии определяется целевая буква.

В качестве альтернативы интерфейсы мозг-компьютер (BCI) «наведи и щелкни» используют имплантированные интракортикальные электроды, которые измеряют нервную активность, чтобы визуализировать и контролировать движения курсора по экранной клавиатуре.

На сегодняшний день эти два метода достигли скорости передачи 60 и 40 символов в минуту соответственно. Теперь исследователи из Стэнфордского университета разработали новый BCI, основанный на воображаемом акте письма, который обеспечивает непревзойденную скорость 90 символов в минуту. Они описывают этот новый подход в статье, опубликованной в журнале Nature.

Исследователи протестировали свой BCI на одном участнике, выбранном из исследования BrainGate. Участник, известный как T5, был парализован ниже шеи в результате травмы спинного мозга, в результате чего у него не было функциональных движений руками. Во время пяти экспериментальных сессий команда записывала нервную активность T5 с помощью двух массивов микроэлектродов, которые были хирургическим путем имплантированы перед исследованием в область его мозга, соответствующую ручному управлению. Т5 был проинструктирован попытаться писать так, как будто его рука не парализована, представляя, как держит ручку над листом бумаги и пишет символы один поверх другого.

Команда использовала анализ главных компонент (PCA), метод уменьшения размерности больших наборов данных, чтобы визуализировать нейронную активность, записанную при «написании» отдельных символов, путем отображения трех верхних нейронных измерений с наибольшей дисперсией сигнала. Сигналы оказались повторяемыми в ходе испытаний, но имели вариации по времени, которые, как предполагалось, были вызваны разной скоростью рукописного ввода, которую необходимо было скорректировать.

Чтобы выявить рукописные символы, исследователи использовали средние значения по испытаниям одного и того же символа, чтобы расшифровать скорость кончика пера, отображая отчетливые и разборчивые буквы. Чтобы декодировать целые предложения, они обучили рекуррентную нейронную сеть (RNN), используя тысячи символов, написанных за несколько дней. В свою очередь, эта сеть превратила нейронную активность в вероятности того, что участник каждый раз напишет определенный символ.

Ученые исследовали три метода анализа измеренных сигналов. Во-первых, они использовали пороговое значение вероятностей для отображения отдельных символов, что позволило получить обратную связь на экране в реальном времени и привело к коэффициенту ошибок 5,4%. Во-вторых, они использовали языковую модель в качестве функции автозамены, что снизило частоту ошибок до 0,89%. После этих экспериментов они обучили новую RNN на всех доступных данных. Это привело к чрезвычайно высокой точности с низким уровнем ошибок 0,17%, что демонстрирует эффективность метода и достижимый предел высоких характеристик.

Этот новый метод BCI более чем вдвое увеличил скорость передачи данных, сохранив при этом точность, аналогичную BCI «наведи и щелкни», в которых используются аналогичные методы мысленной визуализации.

BCI, основанные на движениях, таких как «мысленное письмо», также имеют заметные преимущества перед визуальными интерфейсами, давая участникам свободу оглядываться и общаться в своем собственном темпе. Это исследование демонстрирует важный шаг вперед в развитии BCI для связи в реальном времени.

Интерпретированные рукописные символы из декодированных нейронных сигналов

ETH Zurich предоставляет 32 миллиона швейцарских франков (32 миллиона долларов) для Центра квантовых вычислений в Виллгене, в котором примут участие около 30 исследователей. Они будут работать над конструкциями квантовых компьютеров со 100 кубитами, используя как ионные ловушки, так и сверхпроводящие компоненты.

Исследователи из ETH Zurich в настоящее время управляют квантовыми компьютерами с количеством кубитов до 17. Однако для того, чтобы квантовые компьютеры в один прекрасный день смогли полностью раскрыть свой потенциал, необходимы устройства с тысячами, если не сотнями тысяч кубитов.

ETH Zurich тесно сотрудничает с IBM Zurich в области квантовых компьютерных технологий на протяжении десятилетий и в 2019 году присоединился к сети IBM Q Network с Университетом Аалто, Университетом Турку (Финляндия), EPFL, Университетом Страны Басков и Международной Иберийской лабораторией нанотехнологий.

«Сотрудничество с Paul Scherrer Institute (PSI) позволит ETH еще больше укрепить свои лидирующие позиции в области разработки квантовых вычислений», - сказал Детлеф Гюнтер (Detlef Günther), вице-президент по исследованиям ETH Zurich. Профессора ETH Андреас Валрафф (Andreas Wallraff) и Джонатан Хоум (Jonathan Home) будут руководить исследованиями в двух технологических областях - сверхпроводящих цепях и ионных ловушках, соответственно, в Центре. «Особенность Quantum Computing Hub заключается в том, что эти две технологии исследуются в одной лаборатории», - добавил Валрафф.

Хотя аппаратное обеспечение квантовых компьютеров на основе ионов и сверхпроводников принципиально отличается, он видит потенциальную синергию, например, в разработке операционных систем. В будущем исследовательский центр дополнят группы, работающие над смежными темами.

PSI предоставит свое ноу-хау в реализации крупномасштабных исследовательских проектов, в криоэлектронике и нанотехнологиях, а также в чрезвычайно точных методах измерения на своих масштабных исследовательских объектах. Центр квантовых вычислений будет расположен в кампусе PSI в Виллигене, кантон Аргау, в существующем здании, переоборудованном специально для исследований в области квантовых компьютеров.

Разработанные в Центре квантовые компьютеры будут доступны исследователям из различных отделов, чтобы предоставить им прямой доступ к испытательному стенду для двух ведущих технологий.

ETH Zurich и Институт Пауля Шеррера (PSI) в Швейцарии создали совместный центр по разработке квантового компьютера следующего поколения

С наступлением цифровой эпохи количество источников Wi-Fi для беспроводной передачи данных между устройствами выросло в геометрической прогрессии. Это приводит к повсеместному использованию радиочастоты 2,4 ГГц, которую использует Wi-Fi, с доступными избыточными сигналами для альтернативного использования.

Чтобы использовать этот источник энергии, исследовательская группа из Национального университета Сингапура (NUS) и японского Университета Тохоку (TU) разработала технологию на базе сверхмалых интеллектуальных устройств, известных как осцилляторы крутящего момента (STO), для сбора и преобразования беспроводных радиочастот в энергию для питания небольшой электроники. В своем исследовании ученые успешно собрали энергию с помощью сигналов диапазона Wi-Fi для беспроводного питания светодиода (LED) без использования какой-либо батареи.

«Мы окружены сигналами Wi-Fi, но когда мы не используем их для доступа в Интернет, они неактивны, и это огромные потери. Наш последний результат - шаг к превращению доступных радиоволн 2,4 ГГц в зеленый источник энергии, что снижает потребность в батареях для питания электроники, которую мы регулярно используем. Таким образом, небольшие электрические гаджеты и датчики могут получать питание по беспроводной сети с помощью радиочастотных волн в рамках IoT», - сказал профессор Ян Хёнсу (Yang Hyunsoo) из Департамента электротехники и вычислительной техники NUS, который возглавил проект.

Генераторы крутящего момента - это класс новых устройств, которые генерируют микроволны и находят применение в системах беспроводной связи. Однако применение STO затруднено из-за низкой выходной мощности и широкой ширины линии.

В то время как взаимная синхронизация нескольких STO является способом преодоления этой проблемы, существующие схемы, такие как магнитная связь ближнего действия между несколькими STO, имеют пространственные ограничения. С другой стороны, электрическая синхронизация на большие расстояния с использованием вихревых генераторов ограничена частотными характеристиками всего в несколько сотен МГц. Также требуются выделенные источники тока для отдельных STO, что может усложнить общую реализацию на кристалле.

Чтобы преодолеть пространственные и низкочастотные ограничения, исследовательская группа разработала массив, в котором восемь STO соединены последовательно. Используя этот массив, электромагнитные радиоволны 2,4 ГГц, которые использует Wi-Fi, были преобразованы в сигнал постоянного напряжения, который затем передавался на конденсатор, чтобы питать светодиод на 1,6 В. Когда конденсатор заряжался в течение пяти секунд, он мог питать один светодиод в течение одной минуты после отключения беспроводного питания.

В своем исследовании ученые также подчеркнули важность электрической топологии для проектирования систем STO на кристалле и сравнили последовательную конструкцию с параллельной. Они обнаружили, что параллельная конфигурация более полезна для беспроводной передачи из-за лучшей стабильности во временной области, характеристик спектрального шума и контроля рассогласования импеданса. С другой стороны, последовательные соединения имеют преимущество для сбора энергии из-за аддитивного эффекта диодного напряжения от STO.

Чтобы повысить способность своей технологии сбора энергии, исследователи стремятся увеличить количество STO в спроектированном ими массиве. Кроме того, они планируют протестировать свои устройства для беспроводной зарядки других полезных электронных устройств и датчиков.

Прорыв в исследованиях был сделан командой под руководством профессора Ян Хёнсу (слева). Доктор Рагхав Шарма (Raghav Sharma, справа), первый автор статьи, держит в руках микросхему, в которую встроено около 50 осцилляторов крутящего момента