Avancerad informationsbehandlingsteknik erbjuder grönare telekommunikation och stark datasäkerhet för miljoner, avslöjade en studie ledd av University of Maryland (UMD) forskare.
En ny enhet som kan bearbeta information med en liten mängd ljus kan möjliggöra energieffektiv och säker kommunikation. Arbete ledd av You Zhou, en biträdande professor vid UMD:s institution för materialvetenskap och teknik (MSE), i samarbete med forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Brookhaven National Laboratory, publicerades idag i tidskriften Nature Photonics .
Optiska omkopplare, de enheter som ansvarar för att skicka information via telefonsignaler, förlitar sig på ljus som överföringsmedium och på elektricitet som ett bearbetningsverktyg, vilket kräver en extra uppsättning energi för att tolka data. Ett nytt alternativ konstruerat av Zhou använder endast ljus för att driva en full överföring, vilket kan förbättra hastigheten och energieffektiviteten för telekommunikations- och beräkningsplattformar.
Tidiga tester av denna teknik har visat betydande energiförbättringar. Medan konventionella optiska switchar kräver mellan 10 till 100 femtojoule för att möjliggöra en kommunikationsöverföring, förbrukar Zhous enhet hundra gånger mindre energi, vilket bara är en tiondel till en femtojoule. Att bygga en prototyp som möjliggör informationsbehandling med hjälp av små mängder ljus, via ett materials egenskap som kallas "icke-linjär respons", banade väg för nya möjligheter i hans forskargrupp.
"Att uppnå stark icke-linjäritet var oväntat, vilket öppnade en ny riktning som vi inte tidigare utforskat:kvantkommunikation", sa Zhou.
För att bygga enheten använde Zhou Quantum Material Press (QPress) vid Center for Functional Nanomaterials (CFN), en DOE Office of Science-användaranläggning vid Brookhaven Lab som erbjuder gratis tillgång till utrustning i världsklass för forskare som bedriver öppen forskning. QPress är ett automatiserat verktyg för att syntetisera kvantmaterial med lager så tunna som en enda atom.
"Vi har samarbetat med Zhous grupp i flera år. De är en av de tidigaste användare av våra QPress-moduler, som inkluderar en exfoliator, katalogiserare och staplare", säger medförfattaren Suji Park, en personalforskare i Electronic Nanomaterials Group på CFN.
"Särskilt har vi tillhandahållit exfolierade flingor av hög kvalitet som är skräddarsydda efter deras önskemål, och vi arbetade nära tillsammans för att optimera exfolieringsförhållandena för deras material. Detta partnerskap har avsevärt förbättrat deras provtillverkningsprocess."
Därefter siktar Zhous forskargrupp på att öka energieffektiviteten ner till den minsta mängden elektromagnetisk energi, en huvudutmaning för att möjliggöra den så kallade kvantkommunikationen, som erbjuder ett lovande alternativ för datasäkerhet.
I kölvattnet av ökande cyberattacker har det vetenskapliga intresset ökat att bygga sofistikerat skydd mot hackare. Data som överförs via konventionella kommunikationskanaler kan läsas och kopieras utan att lämna ett spår, vilket kostade tusentals intrång för 350 miljoner användare förra året, enligt en färsk Statista-rapport.
Kvantkommunikation, å andra sidan, erbjuder ett lovande alternativ eftersom de kodar informationen med hjälp av ljus, som inte kan fångas upp utan att ändra dess kvanttillstånd. Zhous metod för att förbättra materialens olinjäritet är ett steg närmare att möjliggöra dessa teknologier.
Mer information: Liuxin Gu et al, Jätteoptisk olinjäritet hos Fermi-polaroner i atomärt tunna halvledare, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01434-x
Journalinformation: Naturfotonik
Tillhandahålls av Brookhaven National Laboratory
