`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Best CIO

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

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

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

 

Леонид Бараш

Электронные устройства «в одну сторону» становятся мейнстримом

+11
голос

Инженеры первыми создали высокопроизводительное невзаимное устройство на компактной микросхеме, производительность которого в 25 раз выше, чем в предыдущей работе.

Волны, будь то световые, звуковые или любые другие, распространяются одинаково в прямом и обратном направлениях - это известно как принцип взаимности. Если бы мы могли направлять волны только в одном направлении - нарушая взаимность - мы могли бы преобразовать ряд приложений, важных в нашей повседневной жизни. Нарушение взаимности позволило бы нам создавать новые «односторонние» компоненты, такие как циркуляторы и изоляторы, которые обеспечивают двустороннюю связь, что может удвоить емкость данных современных беспроводных сетей. Эти компоненты необходимы для квантовых компьютеров, где каждый хочет прочитать кубит, не нарушая его. Они также имеют решающее значение для радиолокационных систем, будь то автомобили с автоматическим управлением или те, которые используются военными.

Команда, возглавляемая профессором электротехники Харишем Кришнасвами (Harish Krishnaswamy), первой создала высокопроизводительное невзаимное устройство на компактной микросхеме, производительность которого в 25 раз лучше, чем в предыдущей работе. Управление питанием является одним из наиболее важных показателей для этих циркуляторов, и новый чип Кришнасвами может давать несколько ватт мощности, что достаточно для передатчиков мобильных телефонов, которые выдают ватт или около того мощности. Новый чип был ведущим компонентом в программе DARPA SPAR (Обработка сигналов на радиочастоте) для миниатюризации этих устройств и улучшения показателей производительности. Группа Кришнасвами была единственной, кто интегрировала эти невзаимные устройства в компактную микросхему, а также продемонстрировала показатели производительности, которые были на порядок выше, чем в предыдущей работе. Исследование было опубликовано 4 мая 2020 года в журнале Nature Electronics.

«Для того, чтобы эти циркуляторы могли использоваться в практических целях, они должны иметь возможность управлять мощностью порядка ватта без перегрева, - говорит Кришнасвами, чьи исследования направлены на разработку интегрированных электронных технологий для новых высокочастотных беспроводных приложений. - Наши ранние устройства работали со скоростью в 25 раз меньшей, чем у этого нового. Наше устройство 2017 года было интересным научным курьезом, но оно не было готово к прайм-тайм. Теперь мы выяснили, как построить эти односторонние устройства в компактный чип, что позволяет им стать небольшими, дешевыми и широко распространенными. Это превратит все виды электронных приложений, от гарнитур виртуальной реальности до сотовых сетей 5G в квантовые компьютеры».

Традиционные «односторонние» устройства создаются с использованием магнитных материалов, таких как ферриты, но эти материалы не могут быть интегрированы в современные процессы изготовления полупроводников, поскольку они слишком громоздки и дороги. Хотя создание невзаимных компонентов без использования магнитных материалов имеет долгую историю, достижения в области полупроводниковых технологий выдвинули его на передний план. Группа Кришнасвами была сосредоточена на разработке изменяющихся во времени цепей, в частности цепей, управляемых тактовым сигналом, которые, как было показано, достигают невзаимных ответов.

Первоначальное открытие было сделано в 2017 году, когда аспирантка Кришнасвами Негар Рейскаримиан (Negar Reiskarimian), которая в настоящее время является доцентом в МТИ и соавтором исследования, экспериментировала с новым типом схемы, называемой фильтром с разветвлением на N путей. Она пыталась создать устройство другого типа, называемое дуплексором, которое обеспечивает одновременную передачу и прием, но на двух отдельных частотах. Экспериментируя с этой схемой, она соединила ее в петлю и увидела это поведение невзаимной циркуляции.

«Сначала мы не верили тому, что видели, и были уверены, что симулятор сломан, - говорит Кришнасвами. - Но когда мы нашли время, чтобы разобраться в этом, мы поняли, что это было что-то новое и действительно значительное».

В течение последних четырех лет группа Кришнасвами была в основном сосредоточена на применениях невзаимности в беспроводных приложениях, таких как полнодуплексная беспроводная связь. Теперь, разработав этот многообещающий новый компактный чип, они переключают свое внимание на квантовые вычисления. Квантовые компьютеры используют такие компоненты, как циркуляторы и изоляторы, чтобы считывать кубиты, не разрушая их. Магнитные циркуляторы и изоляторы в настоящее время используются в этих криогенных квантовых компьютерах, но они имеют большие размеры и дороги, что создает одно из узких мест для реализации квантовых компьютеров с большим числом кубитов. Группа Кришнасвами изучает возможность использования сверхпроводящих джозефсоновских переходов, той же технологии, которая применялась для создания кубита, чтобы создать криогенные циркуляторы в масштабе чипа, которые можно напрямую интегрировать с кубитами, что значительно снижает стоимость и размер.

Электронные устройства «в одну сторону» становятся мейнстримом

Микрофотография однокристального циркулятора Columbia Engineering

 


Вы можете подписаться на наш Telegram-канал для получения наиболее интересной информации

+11
голос

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 

Slack подает жалобу на Microsoft и требует антимонопольного расследования от ЕС

 
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT