Исследователи сделали прорыв в области управления терагерцовыми квантовыми каскадными лазерами, что может привести к передаче данных со скоростью 100 Гб/с - примерно в тысячу раз быстрее, чем Fast Ethernet, работающий со скоростью 100 Мб/с.

Что отличает терагерцовые квантовые каскадные лазеры от других лазеров, так это то, что они излучают свет в терагерцовом диапазоне электромагнитного спектра. Они имеют приложения в области спектроскопии, где используются в химическом анализе.

Лазеры также могут в конечном итоге обеспечить сверхбыструю беспроводную связь с короткими транзитными участками, где большие наборы данных должны передаваться через медгородки или между исследовательскими центрами в университетах, или в спутниковой связи.

Чтобы иметь возможность отправлять данные с такими высокими скоростями, лазеры должны модулироваться очень быстро: включаться и выключаться или пульсировать около 100 миллиардов раз в секунду.

Инженеры и ученые до сих пор не смогли разработать способ достижения этого.

Исследовательская группа из Университета Лидса и Университета Ноттингема считает, что они нашли способ обеспечить сверхбыструю модуляцию, комбинируя силу акустических и световых волн. Они опубликовали свои выводы в Nature Communications.

Джон Каннингем (John Cunningham), профессор наноэлектроники в Лидсе, сказал: «Это захватывающее исследование. В настоящее время система для модуляции квантового каскадного лазера приводится в действие с помощью электричества, но эта система имеет ограничения.
По иронии судьбы, та же электроника, которая обеспечивает модуляцию, обычно тормозит скорость модуляции. Разрабатываемый нами механизм опирается вместо этого на акустические волны».

Квантовый каскадный лазер очень эффективен. Когда электрон проходит через оптический компонент лазера, он проходит через серию «квантовых ям», где уровень энергии электрона падает и излучается фотон, или импульс световой энергии.

Один электрон способен излучать несколько фотонов. Именно этот процесс контролируется во время модуляции.

Вместо внешней электроники команды исследователей из университетов Лидса и Ноттингема использовали акустические волны для колебания квантовых ям внутри квантового каскадного лазера.
Акустические волны генерировались при воздействии импульса другого лазера на алюминиевую пленку. Это заставляло пленку расширяться и сжиматься, посылая механическую волну через квантовый каскадный лазер.

Тони Кент (Tony Kent), профессор физики в Ноттингеме, сказал: «По сути, мы использовали акустическую волну, чтобы встряхнуть сложные электронные состояния внутри квантового каскадного лазера. Затем мы могли видеть, что его терагерцовый световой поток изменялся акустической волной».

Профессор Каннингем добавил: «Мы не достигли ситуации, когда мы могли бы остановить и полностью запустить поток, но мы смогли управлять светоотдачей в диапазоне нескольких процентов, что является отличным началом. Мы считаем, что с дальнейшим уточнением мы сможем разработать новый механизм для полного контроля излучения фотонов от лазера и, возможно, даже интегрировать структуры, генерирующие звук, с терагерцовым лазером, так что внешний источник звука не потребуется».

Профессор Кент отметил, что этот результат открывает новую область для физики и инженерии, объединяющуюся в исследовании взаимодействия терагерцового звука и световых волн, которые могут иметь реальные технологические приложения.

Использовать воду, а точнее говоря, дождь, как источник для генерирования электроэнергии, тема не новая, но недавно в этом направлении сделан еще один шаг вперед.

Группа во главе с учеными из Городского университета Гонконга (CityU) недавно разработала электрогенератор на основе капель (Droplet-based Electricity Generator, DEG), оснащенный структурой, подобной полевому транзистору (FET). Система обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии и увеличение мгновенной плотности мощности в тысячи раз по сравнению с аналогами без FET-подобной структуры. Об этом наше издание уже давало новость, но разработка столь перспективна, что я решил повторно привлечь к ней внимание читателей. Тем более нашлось видео, иллюстрирующее работу экспериментальной разработки.

Исследованием руководили проф. Ван Джуанькай (Wang Zuankai) из отдела машиностроения CityU, проф. Джэн Сяо Чен (из университета Небраска-Линкольн и профессор Ван Чжун Лин, директор-основатель и главный научный сотрудник Пекинского института наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук.

Чтобы повысить эффективность преобразования ученые потратили два года на разработку DEG. Его мгновенная плотность мощности может достигать 50,1 Вт/м², что в тысячи раз выше, чем у других подобных устройств без использования FET-подобной конструкции. И эффективность преобразования энергии заметно выше.

Профессор Ван из CityU отметил, что для изобретения имелись два ключевых фактора. Во-первых, команда обнаружила, что непрерывные капли, падающие на ПТФЭ (политетрафторэтилен), электретный материал с квазипостоянным электрическим зарядом, обеспечивают новый путь для накопления и хранения поверхностных зарядов высокой плотности. Было зафиксировано, что когда капли воды непрерывно ударяются о поверхность ПТФЭ, генерируемые поверхностные заряды  накапливаются и постепенно достигают насыщения. Это новое открытие помогло преодолеть узкое место низкой плотности заряда, с которым сталкивались в предыдущей работе.

Еще одной ключевой особенностью их структуры является уникальный набор конструкций, аналогичный FET, за который была получена Нобелевская премия по физике в 1956 году, и который в настоящее время стал основным строительным блоком современной электроники. Устройство состоит из алюминиевого электрода и электрода из оксида индия и олова (ITO) с нанесенной на него пленкой из ПТФЭ. Электрод PTFE / ITO отвечает за генерацию, хранение и индукцию заряда. Когда падающая капля воды попадает на поверхность PTFE / ITO и растекается по ней, она естественным образом «соединяет» алюминиевый электрод и электрод PTFE / ITO, переводя исходную систему в замкнутую электрическую цепь.

Благодаря этой специальной конструкции на ПТФЭ может накапливаться высокая плотность поверхностных зарядов в результате непрерывного удара капель. Между тем, когда растекающаяся вода соединяет два электрода, все накопленные заряды на ПТФЭ могут полностью высвобождаться для генерации электрического тока. В результате как мгновенная плотность мощности, так и эффективность преобразования энергии намного выше.

«Наше исследование показывает, что капля в 100 микролитров воды, падающая с высоты 15 см, может генерировать напряжение свыше 140 В. И генерируемая мощность может освещать 100 маленьких светодиодных лампочек», - сказал профессор Ван.

Он добавил, что увеличение мгновенной плотности мощности происходит не за счет дополнительной энергии, а за счет преобразования кинетической энергии самой воды.

Сложно даже переоценить данную разработку. Особенно для регионов, где не так много солнечных дней, но постоянно дождливая погода.

Команда исследователей из Университета Брауна достигла значительных успехов в создании нового типа системы молекулярного хранения данных.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда хранила различные файлы изображений - рисунок Пикассо, изображение египетского бога Анубиса и других - в массивах смесей, содержащих специально синтезированные маленькие молекулы. В целом исследователи хранили более 200 килобайт данных, которые, по их словам, являются наибольшим объемом на сегодняшний день с использованием небольших молекул. По словам исследователей, это не так много данных по сравнению с традиционными средствами хранения, но это значительный прогресс в области хранения на малых молекулах.

«Я думаю, что это существенный шаг вперед, - сказал Джейкоб Розенштайн (Jacob Rosenstein), доцент в Технической школе Брауна и автор исследования. - Большое количество уникальных маленьких молекул, объем данных, которые мы можем хранить, и надежность считывания данных показывает реальную перспективу для дальнейшего масштабирования».

Большинство исследований в области молекулярного хранения было сосредоточено на длинноцепочечных полимерах, таких как ДНК, которые являются хорошо известными носителями биологических данных. Но есть потенциальные преимущества использования небольших молекул по сравнению с длинными полимерами. Небольшие молекулы потенциально легче и дешевле в производстве, чем синтетическая ДНК, и теоретически имеют даже более высокую емкость хранения.

Для хранения данных команда использует небольшие металлические пластины, на которых расположены 1500 крошечных пятен диаметром менее миллиметра. Каждое пятно содержит смесь молекул. Наличие или отсутствие разных молекул в каждой смеси указывают на цифровые данные. Количество битов в каждой смеси может быть таким же большим, как и библиотека отдельных молекул, доступных для смешивания. Затем данные могут быть считаны с использованием масс-спектрометра, который может идентифицировать молекулы, присутствующие в каждой лунке.

В статье, опубликованной в прошлом году, команда Брауна показала, что они могут хранить файлы изображений в диапазоне килобайт, используя некоторые общие метаболиты, молекулы, которые организмы используют для регуляции обмена веществ. Для этой новой работы исследователи смогли значительно расширить размер своей библиотеки - и, следовательно, размеры файлов, которые они могли бы кодировать, - синтезируя свои собственные молекулы.

«Преимуществом здесь является потенциальная масштабируемость библиотеки, - сказал Рубенштайн. - Мы используем всего 27 различных компонентов для создания библиотеки из 1500 молекул за один день. Это означает, что нам не нужно искать 1500 уникальных молекул».

Оттуда команда использовала подбиблиотеки соединений для кодирования своих изображений. 32-составная библиотека использовалась для хранения бинарного изображения египетского бога Анубиса. Библиотека из 575 соединений использовалась для кодирования 0,88-мегапиксельного рисунка Пикассо на скрипке.

«То, как мы проектируем библиотеки и считываем данные, включает дополнительную информацию, которая позволяет нам исправлять некоторые ошибки, - сказал аспирант Крис Аркадия (Chris Arcadia), первый автор статьи. - Это помогло нам упростить экспериментальный рабочий процесс и по-прежнему получать показатели точности до 99 процентов».

Исследователи говорят, что предстоит еще много работы, чтобы довести эту идею до полезного масштаба. Но способность создавать большие химические библиотеки и использовать их для кодирования все более крупных файлов предполагает, что этот подход действительно можно расширить.

Компьютерные ученые из Университета Ватерлоо нашли новый подход, который значительно повышает эффективность хранения и скорость вывода компьютерных систем.

Современные системы хранения данных используют только один сервер хранения для обработки информации, что замедляет получение информации, отображаемой для пользователя. Сервер резервного копирования становится активным только в случае сбоя основного сервера хранения.

Новый подход, названный FLAIR (Fast, Linearizable, network-Accelerated clIent Reads), оптимизирует системы хранения данных, используя все серверы в данной сети. Поэтому, когда пользователь делает запрос данных, если основной сервер загружен, другой сервер автоматически активируется для его выполнения.

«Ключевым фактором поддержки FLAIR является недавнее внедрение программируемых сетей, - сказал Самер Аль-Кишвани (Samer Al-Kiswany), профессор Школы компьютерных наук им. Дэвида Р. Черитона при Ватерлоо и соавтор исследования, посвященного внедрению технологии FLAIR. - С момента изобретения компьютеров сети, соединяющие серверы хранения в любой системе, были жесткими и негибкими. FLAIR использует новую передовую сетевую технологию для создания интеллектуального сетевого уровня, который может найти самый быстрый способ выполнения запросов на поиск информации. Наша оценка показывает, что этот подход может выполнять запросы в 2,5 раза быстрее по сравнению с классическими способами».

При разработке нового протокола исследователи сначала должны были доказать его правильность и формально проверить его, чтобы гарантировать, что подход не даст плохих результатов. Они смогли протестировать FLAIR с реальной рабочей нагрузкой в кампусе, поскольку Ватерлоо является одним из немногих университетов, имеющих кластер с новой программируемой сетью.

Проф. Аль-Кишвани и его команда обнаружили, что FLAIR увеличил скорость поиска на 35-97 %%.

«Это приведет к целому ряду приложений, поскольку этот тип системы является основным строительным блоком широкого спектра приложений, - сказал Ибрагим Кеттанех (Ibrahim Kettaneh), аспирант, возглавляющий разработку FLAIR. - FLAIR может значительно повысить производительность баз данных и механизмов обработки данных, которые являются серверами БД для систем здравоохранения, банковских систем и финансовых транзакций. Это также будет применимо к любым современным компьютерным приложениям, размещаемым в облаке, таким как онлайн-документы, социальные сети и электронные письма».

Оптическое комплексное решение включает шифрование, передачу, дешифрование и обнаружение.

BGN Technologies, компания по технологиям передачи данных Университета им. Бен-Гуриона в Негеве (BGU), Израиль, вводит первую полностью оптическую технологию скрытого шифрования, которая будет значительно более безопасной и конфиденциальной для высокочувствительных облачных вычислений и сетей передачи данных в ЦОД. Новое полностью оптическое шифрование было представлено на конференции Cybertech Global, которая состоялась в конце января в Тель-Авиве, Израиль.

Сегодня информация все еще шифруется с использованием цифровых методов, хотя большая часть данных передается с использованием светового спектра в оптоволоконных сетях, - говорит профессор Дэн Садот (Dan Sadot), директор Лаборатории оптических коммуникаций, возглавляющий группу, которая разработала инновационную технологию. - Время уходит на безопасность и конфиденциальность технологии цифрового шифрования, которую можно читать в автономном режиме, если она записана и взломана с использованием интенсивной вычислительной мощности. Мы разработали оптическое комплексное решение, обеспечивающее шифрование, передачу, дешифрование и обнаружение».

Используя стандартное оптическое оборудование, исследовательская группа делает волоконно-оптический луч невидимым или скрытным. Вместо использования одного цвета светового спектра для отправки одного большого потока данных, этот метод распределяет передачу по многим цветам в полосе пропускания оптического спектра (в 1000 раз шире, чем цифровой) и намеренно создает несколько более слабых потоков данных, которые скрыты под шумом и ускользают от обнаружения.

Каждая передача - электронная, цифровая или оптоволоконная - имеет определенный уровень «шума». Исследователи продемонстрировали, что они могут передавать более слабые зашифрованные данные при более высоком уровне собственного шума, который не может быть обнаружен.

Решение также использует коммерчески доступную фазовую маску, которая изменяет фазу каждой длины волны (цвета). Этот процесс также выглядит как шум, который разрушает «согласованность» или способность перекомпилировать данные без правильного ключа шифрования. Оптическая фазовая маска не может быть записана в автономном режиме, поэтому данные уничтожаются, если хакер пытается их декодировать.

«По сути, инновационный прорыв заключается в том, что если вы не можете что-то обнаружить, вы не можете это украсть, - говорит профессор Садот. - Поскольку перехватчик не может ни читать данные, ни даже обнаруживать существование передаваемого сигнала, наша оптическая скрытая передача обеспечивает высочайший уровень конфиденциальности и безопасности для приложений с конфиденциальными данными».

Зафрир Леви (Zafrir Levy), старший вице-президент по точным наукам и разработкам в BGN, говорит: «Новый запатентованный метод, изобретенный проф. Садотом и его командой, очень полезен для различных применений, таких как высокоскоростная связь, конфиденциальная передача финансовых, медицинских данных или информации, относящейся к социальным сетям, без риска подслушивания или блокирования потока данных. Фактически, с помощью этого метода злоумышленнику потребуются годы, чтобы взломать ключ шифрования. Сейчас BGN ищет отраслевого партнера для внедрения и коммерциализации этой изменяющей игру технологии».

«Каждый центр обработки данных имеет линии 100G и 400G, и часть этих линий полностью зашифрована, - добавляет проф. Садот. - Существует необходимость в нецифровом шифровании для клиентов, которым требуется максимально возможная безопасность».

Эта полностью оптическая технология является расширением метода цифрового оптического шифрования, первоначально изобретенного проф. Садотом и его командой в сотрудничестве с проф. Залевским из Университета Бар-Илан.

В гонке за все меньшие полупроводниковые структуры химические соединения селенид индия и селенид галлия считаются многообещающими кандидатами. Как чрезвычайно тонкие слои они образуют двумерные полупроводники. Однако до сих пор они почти никогда не использовались, потому что они изменяются во время производства и при контакте с воздухом. Новая технология позволяет интегрировать чувствительные материалы в электронные компоненты, не теряя ни одного из их желаемых свойств.

Исследовательская группа в Институте физики ионных пучков и материаловедения HZDR в Дрездене успешно создала инкапсулированные транзисторы на основе селенида индия и селенида галлия. Техника инкапсуляции защищает чувствительные слои от внешних воздействий и сохраняет их характеристики. Для инкапсуляции ученые используют гексагональный нитрид бора (hBN). Он идеально подходит для этой цели, потому что может быть сформирован в тонкий слой и является инертным, то есть не вступает в реакцию с окружающей средой.

Селенид индия и галлия считаются многообещающими кандидатами для высокопроизводительных применений, например, в высокочастотной электронике, оптоэлектронике или сенсорной технике. Материалы могут использоваться для формирования пластинчатых слоев толщиной всего от 5 до 10 атомных слоев, что, в свою очередь, позволяет изготавливать электронные компоненты с чрезвычайно малыми размерами. Электропроводность в этих слоях происходит только в двухмерной плоскости.

В новом методе инкапсуляции двумерные чешуйки располагаются между двумя пластинками гексагонального нитрида бора и, таким образом, полностью закрыты. Верхний слой hBN обеспечивает изоляцию снаружи, нижний слой служит разделителем для материала-носителя. Эта методика была первоначально разработана исследовательской группой в Колумбийском университете в Нью-Йорке, где ученый Химани Арора (Himani Arora) изучила ее во время исследовательского пребывания. Теперь, будучи докторантом в NanoNet Международной исследовательской школы Гельмгольца (IHRS), она продолжает развивать эту технику в HZDR.

Особой проблемой в технологии инкапсуляции является установление контактов полупроводника с внешней стороны. Обычный метод осаждения из паровой фазы с использованием фотошаблона не подходит для этой цели, поскольку чувствительные материалы вступают в контакт как с химическими веществами, так и с воздухом во время процесса и разлагаются. Поэтому исследователи из HZDR используют бесконтактную технику. Это касается металлических электродов из палладия и золота, встроенных в гексагональный нитрид бора. Таким образом, герметизация и электрическое соединение с нижележащим двухмерным слоем могут быть достигнуты одновременно.

Для получения контактов требуемый рисунок электрода травится в слое hBN, чтобы заполнить полученные отверстия палладием и золотом путем испарения электронным пучком. Затем гексагональный нитрид бора с электродами наслаивают на двумерную чешуйку. С несколькими контактами на чешуйке из hBN можно связать несколько цепей и измерить их на одной полупроводниковой пластинке. В более позднем приложении компоненты укладываются слоями друг на друга.

Как показали эксперименты, полная инкапсуляция с помощью гексагонального нитрида бора защищает двумерные слои от распада и разложения и обеспечивает их высокое качество и стабильность в течение длительного времени. Этот метод инкапсуляции считается надежным и легко переносимым на другие сложные двумерные материалы. Новые двумерные полупроводники можно производить экономически эффективно и использовать для различных применений, например в детекторах, которые измеряют длины волн света. Они также могут быть использованы в качестве связующего звена между светом и электричеством, например, путем генерации света или переключения транзисторов светом.

Исследователи HZDR разработали новый метод защиты полупроводников из чувствительных материалов от контакта с воздухом и химическими веществами. Таким образом, становится возможным интегрировать эти ультратонкие слои в электронные компоненты без ущерба для их производительности

Физики продемонстрировали, как информация может быть записана и считана электрически в изоляционных антиферромагнитных материалах.

Будущие компьютерные технологии на основе изолирующих антиферромагнетиков прогрессируют. Электроизоляционные антиферромагнетики, такие как оксид железа и оксид никеля, состоят из микроскопических магнитов с противоположными ориентациями. Исследователи видят в них многообещающие материалы, заменяющие современные кремниевые компоненты в компьютерах. Физики из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) в сотрудничестве с Университетом Тохоку в Сендае в Японии и учеными, базирующимися на источнике синхротронного излучения BESSY-II в Гельмгольце-Центре в Берлине (HZB) и национальном источнике синхротронного излучения в Diamond Light Source, Великобритании, продемонстрировали, как можно электрически записать и считать данные в изоляционных антиферромагнитных материалах.

Сопоставляя изменение магнитной структуры, наблюдаемое при визуализации на основе синхротрона, с электрическими измерениями, проводимыми в JGU, можно было идентифицировать механизмы записи. Это открытие открывает путь к приложениям - от сверхбыстрой логики до кредитных карт, которые не могут быть стерты внешними магнитными полями, - благодаря превосходным свойствам антиферромагнетиков по сравнению с ферромагнетиками. Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.

Антиферромагнитные материалы потенциально позволяют использовать элементы памяти гораздо быстрее и с большей емкостью памяти, чем те, которые доступны сейчас с обычной электроникой. Тем не менее, этими материалами очень трудно управлять и детектировать, что затрудняет операции записи и чтения на устройствах. В своей нобелевской речи 1970 года Луи Неель (Louis Néel) назвал антиферромагнитные материалы интересными, но бесполезными. Считалось, что этими материалами можно манипулировать только очень сильными магнитными полями, которые не могут быть легко созданы и требуют, например, использования сверхпроводящих магнитов. Ситуация резко изменилась за последние несколько лет, и отчеты показывают, что с помощью электрических токов можно эффективно управлять антиферромагнитными материалами, включая даже изоляторы.

«Мы знаем, что скоро достигнем пределов традиционной электроники на основе кремния из-за постоянного технологического совершенствования. Это главная причина, побуждающая к исследованиям в области спинтроники, цель которой - использовать не только заряд электронов, но и степень свободы вращения, удваивая передаваемую и вычисляемую информацию, - говорит доктор Лоренцо Балдрати (Lorenzo Baldrati), член научного общества им. Марии Склодовской-Кюри в Университете Майнца и первый автор статьи. - Наше исследование показывает, что антиферромагнитные изоляторы позволяют эффективно записывать и считывать данные электрически, что является ключевым шагом с точки зрения применения».

Эту теорию разработала профессор Елена Гомонай из группы профессора Хайро Синова (Jairo Sinova) из JGU. «Мне понравилась совместная работа коллег-экспериментаторов в Майнце. Было интересно увидеть, как теория и эксперимент помогают друг другу открывать новые физические механизмы и явления, - сказала Гомонай. - Хотя наша работа была сосредоточена только на одной конкретной системе, ее можно считать доказательством принципа для семейства антиферромагнитных изоляторов. Мы надеемся, что глубокое понимание антиферромагнитной динамики, которого мы достигли в ходе этого проекта, будет способствовать изучению захватывающей области антиферромагнитной спинтроники и станет отправной точкой для новых совместных проектов наших групп».

Физики из Университета Людвига Максимилиана (LMU) в Мюнхене вместе с коллегами из Саарского университета успешно продемонстрировали перенос запутанного состояния между атомом и фотоном через оптическое волокно на расстояние до 20 км, установив таким образом новый рекорд.

«Запутывание» описывает очень специфический тип квантового состояния, которое не является свойством одной отдельной частице, но разделяется между двумя разными частицами. Это безвозвратно связывает их последующие судьбы вместе - независимо от того, насколько далеко они друг от друга - что заставило Альберта Эйнштейна красочно назвать это явление «жутким действием на расстоянии».
Запутывание стало краеугольным камнем новых технологий, основанных на квантовых эффектах, и является распределением на большие расстояния, что является центральной целью квантовой связи.

Теперь исследователи LMU во главе с физиком Харальдом Вайнфуртером (Harald Weinfurter) в сотрудничестве с командой из Университета Саара в Саарбрюккене показали, что запутанное состояние атома и фотона может передаваться через оптическое волокно (подобно тем, которые используются в телекоммуникационных сетях) на расстояние до 20 км. Предыдущий рекорд был 700 метров. «Эксперимент представляет собой веху, поскольку достигнутое расстояние подтверждает, что квантовая информация может распространяться в больших масштабах с небольшими потерями, - говорит Вайнфуртер. - Поэтому наша работа представляет собой решающий шаг к будущей реализации квантовых сетей».

Квантовые сети в основном состоят из квантовой памяти (состоящей, например, из одного или нескольких атомов), которые действуют как узлы, и каналов связи, по которым фотоны могут распространяться, чтобы связать узлы вместе. В своем эксперименте исследователи запутали атом рубидия с фотоном и смогли обнаружить запутанное состояние - которое теперь разделяет квантовые свойства обеих частиц - после его прохождения через 20-километровую катушку оптического волокна.

Самая большая проблема, с которой столкнулись экспериментаторы, связана со свойствами атома рубидия. После целевого возбуждения эти атомы испускают фотоны с длиной волны 780 нм в ближней инфракрасной области спектра. «В оптическом волокне из стекла свет на этой длине волны быстро поглощается», - объясняет Вайнфуртер. Поэтому обычные телекоммуникационные сети используют длины волн около 1550 нанометров, что заметно снижает потери при транспортировке.

Очевидно, что эта длина волны также повысила бы шансы экспериментаторов на успех. Поэтому Матиас Бок (Matthias Bock), член группы в Саарбрюккене, создал так называемый квантовый преобразователь частоты, который был специально разработан для увеличения длины волны излучаемых фотонов с 780 нм до 1520 нм. Эта задача сама по себе поставила ряд чрезвычайно сложных технических проблем. Необходимо было обеспечить, чтобы происходило преобразование только из одного фотона в только один другой фотон, и чтобы ни одно из других свойств запутанного состояния, особенно поляризация фотона, не изменялось в процессе преобразования. В противном случае запутанное состояние будет потеряно. «Благодаря использованию этого высокоэффективного преобразователя мы смогли поддерживать запутанное состояние в гораздо более длинном диапазоне на телекоммуникационных длинах волн и, следовательно, передавать квантовую информацию, которую оно переносит на большие расстояния», - сказал Вайнфуртер.

На следующем этапе исследователи планируют преобразовать по частоте свет, излучаемый вторым атомом, что должно позволить им генерировать запутывание между двумя атомами по длинным телекоммуникационным волокнам. Свойства стекловолоконных кабелей различаются в зависимости от таких факторов, как температура и деформация, которым они подвергаются. По этой причине команда намерена сначала провести этот эксперимент в контролируемых условиях в лаборатории. В случае успеха будут проведены полевые эксперименты с добавлением новых узлов в растущую сеть. В конце концов, даже длительные путешествия могут быть полностью успешными, если осуществлять их шаг за шагом.

Изображение одноатомной ловушки. В сверхвысоковакуумной стеклянной ячейке захватывается один атом рубидия, который позже будет запутан с фотоном

Исследователи разработали ультратонкий и ультрагибкий электронный материал, который можно было бы напечатать и развернуть, как газету, для сенсорных экранов будущего.

Этот материал реагирования на прикосновения в 100 раз тоньше существующих сенсорных материалов, а экран настолько гибкий, что его можно свернуть, как трубку.

Чтобы создать новый проводящий лист, команда университета RMIT использовала тонкую пленку, обычную для сенсорных экранов сотовых телефонов, и сократила ее с 3D до 2D, используя химию жидких металлов.

Нанотонкие листы легко совместимы с существующими электронными технологиями, и из-за их невероятной гибкости потенциально могут быть изготовлены с помощью рулонной обработки (R2R), как газета.

Исследование, проведенное совместно с сотрудниками Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), Университета Монаш и Австралийского исследовательского совета DECRA (в RMIT) передовых технологий в области низкоэнергетической электроники будущего (FLEET), опубликовано в журнале Nature Electronics.

Ведущий исследователь д-р Торбен Даенеке (Torben Daeneke) сказал, что большинство сенсорных экранов сотовых телефонов были сделаны из прозрачного материала, оксида индия и олова, который был очень проводящим, но также и хрупким.

«Мы взяли старый материал и преобразовали его изнутри, чтобы создать новую версию, которая будет чрезвычайно тонкой и гибкой», - сказал д-р Даенеке. - Вы можете согнуть его, вы можете свернуть его, и вы можете сделать это намного дешевле и эффективнее, чем медленный и дорогой способ, которым мы в настоящее время производим сенсорные экраны. Превращение в двумерное изображение также делает его более прозрачным и пропускает больше света. Это означает, что сотовый телефон с сенсорным экраном, изготовленным из нашего материала, будет потреблять меньше энергии, увеличивая время автономной работы примерно на 10%».

«Прелесть в том, что наш подход не требует дорогостоящего или специализированного оборудования - это можно сделать даже на домашней кухне, - сказал Даенеке. - Мы показали, что можно создавать печатную, более дешевую электронику, используя ингредиенты, которые можно купить в магазине, печатая на пластике, чтобы сделать сенсорные экраны будущего».

Чтобы создать новый тип атомно-тонкого оксида индия и олова (ITO), исследователи использовали метод жидкометаллической печати.

Сплав индия и олова нагревают до 200° С, где он становится жидким, а затем катят по поверхности, чтобы распечатать нанотонкие листы оксида индия и олова.

Эти двухмерные нанолисты имеют тот же химический состав, что и стандартный ITO, но имеют другую кристаллическую структуру, что придает им новые механические и оптические свойства.

Будучи полностью гибким, новый тип ITO поглощает всего 0,7% света по сравнению с 5-10% стандартного проводящего стекла. Чтобы сделать его более электропроводным, вы просто добавляете больше слоев.

По словам д-ра Даенеке, это новаторский подход, который решает проблему, считавшейся неразрешимой.

«Нет другого способа сделать этот полностью гибкий, проводящий и прозрачный материал, кроме нашего нового метода жидкого металла, - сказал он. - До сих пор это было невозможно - люди просто считали, что это невозможно».

Материал также может быть использован во многих других оптоэлектронных приложениях, таких как светодиоды и сенсорные дисплеи, а также потенциально в будущих солнечных элементах и интеллектуальных окнах.

«Мы очень рады, что теперь находимся на стадии, когда мы можем изучить возможности коммерческого сотрудничества и работать с соответствующими отраслями промышленности, чтобы вывести эту технологию на рынок», - сказал Даенеке.

Ультратонкий и ультрагибкий электронный материал может быть напечатан и развернут как газета для сенсорных экранов будущего.

Со времени изобретения транзистора в 1947 году в области вычислительной техники наблюдалось последовательное удвоение плотности транзисторов на микросхеме. Но эта тенденция, известная как закон Мура, может достичь своего предела, поскольку компоненты субмолекулярного размера сталкиваются с проблемами теплового шума, что делает невозможным дальнейшее масштабирование.

В своей статье, опубликованной в «Обзорах прикладной физики» от AIP Publishing, авторы Джек Кендалл (Jack Kendall) из Rain Neuromorphics и Сухаса Кумара (Suhas Kumar) из Hewlett Packard Labs представляют тщательное исследование вычислительной среды, уделяя особое внимание операционным функциям, необходимых для передовых нейроморфных вычислений. Предлагаемый ими путь включает в себя гибридные архитектуры, состоящие из цифровых архитектур, наряду с возрождением аналоговых архитектур, которые стали возможными благодаря мемристорам, представляющим собой резисторы с памятью и обрабатывающим данные непосредственно там, где они хранятся.

«Будущее вычислительной техники будет заключаться не в том, чтобы втиснуть больше компонентов в чип, а в переосмыслении архитектуры процессора с нуля, чтобы эмулировать эффективность обработки информации мозгом, - сказал Кумар. - Начали появляться решения, которые копируют естественную систему обработки мозга, но как исследовательские, так и рыночные пространства широко открыты».

Компьютеры должны быть изобретены заново. Как указывают авторы, «современные компьютеры обрабатывают примерно столько же команд в секунду, сколько мозг насекомого», и им не хватает способности эффективно масштабироваться. В отличие от этого, человеческий мозг масштабируется примерно в миллион раз лучше, и он может выполнять вычисления более сложные из-за таких характеристик, как пластичность и разреженность.

Изобретение компьютерных технологий, чтобы лучше эмулировать нейронные архитектуры в мозге, это ключ к решению динамических нелинейных задач, и авторы предсказывают, что нейроморфные вычисления будут широко распространены уже в середине этого десятилетия.

Развитие вычислительных примитивов, таких как нелинейность, причинность и разреженность, в таких архитектурах, как глубокие нейронные сети, принесет новую волну вычислений, которая может решать очень сложные задачи оптимизации с ограничениями, к примеру, прогнозирование погоды и установление последовательности генов. Авторы предлагают обзор материалов, устройств, архитектур и инструментов, которые должны быть развиты, чтобы нейроморфные вычисления стали зрелыми. Они призывают к действию, чтобы открыть новые функциональные материалы для разработки новых вычислительных устройств.