Conclusiones clave
- Los investigadores dicen que un gran avance en el uso de la luz para enviar información podría conducir a dispositivos con un consumo de energía extremadamente bajo.
- Los investigadores utilizaron un nuevo tipo de semiconductor para crear puntos cuánticos dispuestos como un cartón de huevos.
- La nueva investigación se encuentra entre una serie de nuevas tecnologías que podrían permitir dispositivos de muy bajo consumo de energía.
Un avance reciente en el envío de información mediante la luz podría dar lugar a dispositivos con un consumo de energía extremadamente bajo.
Los investigadores demostraron cómo podrían utilizar un efecto cuántico conocido como no linealidad para modificar y detectar señales de luz débiles. El desarrollo eventualmente podría usarse en dispositivos electrónicos personales. Pero no espere ver un dispositivo cuántico en Best Buy en el corto plazo.
"El enfoque descrito en este artículo es relevante y emocionante, pero parece estar lejos de la implementación", Scott Hanson, fundador y director de tecnología de Ambiq, una empresa que se especializa en dispositivos de bajo consumo, dijo en una entrevista por correo electrónico.
"Los chips utilizados en los últimos dispositivos de hoy en día se basan en aproximadamente los mismos 'interruptores' basados en silicio que han existido durante décadas. Incluso los cambios menores en la forma en que se fabrican estos chips tardan muchos años en implementarse".
Los efectos cuánticos conducen al descubrimiento
Los investigadores utilizaron un nuevo tipo de semiconductor para crear puntos cuánticos dispuestos como un cartón de huevos. El equipo produjo este paisaje energético de cartón de huevos con dos escamas de semiconductor, que se consideran materiales bidimensionales porque están hechos de una sola capa molecular, de solo unos pocos átomos de espesor.
Los semiconductores bidimensionales tienen propiedades cuánticas que son muy diferentes a las de los fragmentos más grandes y podrían usarse en dispositivos de baja potencia.
Para que esto sea sostenible, debemos encontrar una manera de preservar la vida útil de la batería, lo que significa hacer funcionar los dispositivos electrónicos con menos energía.
"Los investigadores se han preguntado si los efectos no lineales detectables pueden sostenerse a niveles de potencia extremadamente bajos, hasta fotones individuales. Esto nos llevaría al límite inferior fundamental del consumo de energía en el procesamiento de la información", Hui Deng, profesor de física y autor principal del artículo en Nature que describe la investigación, dijo en un comunicado de prensa.
Un desafío clave que los investigadores tuvieron que superar fue cómo controlar los puntos cuánticos. Para controlar los puntos como un grupo con luz, el equipo construyó un resonador haciendo un espejo en la parte inferior, colocando el semiconductor encima y luego depositando un segundo espejo encima del semiconductor.
"Debes controlar el grosor con mucha precisión para que el semiconductor esté en el máximo del campo óptico", dijo en el comunicado de prensa Zhang Long, investigador postdoctoral en el laboratorio de Deng y primer autor del artículo..
Los nuevos semiconductores 2D podrían hacer que los dispositivos cuánticos alcancen la temperatura ambiente en lugar del frío extremo que se requiere actualmente.
"Estamos llegando al final de la Ley de Moore", dijo Steve Forrest, profesor de ingeniería y coautor del artículo, refiriéndose a la tendencia de la densidad de transistores en un chip que se duplica cada dos años, en el comunicado de prensa.
"Los materiales bidimensionales tienen muchas propiedades electrónicas y ópticas emocionantes que, de hecho, pueden llevarnos a esa tierra más allá del silicio".
Si la investigación de Deng da sus frutos, los dispositivos de energía ultrabaja (ULPD) podrían ser de gran beneficio para los usuarios, dijo Charlie Goetz, director ejecutivo de Powercast, una compañía de energía inalámbrica, en una entrevista por correo electrónico."Permitirán configurar e implementar redes IoT ubicuas. Estas, a su vez, alimentarán a la IA, que luego puede convertir la cantidad de entrada en salida de calidad", agregó.
"Los ULPD serán el factor habilitador que impulsará ciudades inteligentes más ecológicas, seguras y eficientes del futuro".
Exploración de muchos caminos hacia el bajo consumo de energía
Los investigadores están explorando una gran cantidad de otras tecnologías que podrían permitir dispositivos de muy bajo consumo de energía.
"Ha habido avances impresionantes en el espacio System on a Chip (SoC) en los últimos años", dijo Goetz. "Estos dispositivos de bajo consumo pueden funcionar durante años con una batería y, lo que es más importante, se pueden alimentar de forma inalámbrica a distancia mediante frecuencias de radio o, en algunos casos, infrarrojos".
La raza humana está nadando en baterías desde teléfonos inteligentes hasta alarmas contra incendios, dijo Hanson. "Esto se está volviendo rápidamente inmanejable a medida que nuestra ropa, nuestros hogares y las ciudades que nos rodean se vuelven 'inteligentes' y 'conectados'", agregó.
"Para que esto sea sostenible, debemos encontrar una manera de preservar la vida útil de la batería, lo que significa hacer funcionar los dispositivos electrónicos con menos energía. Las tecnologías que logran este objetivo de 'beber menos energía' son críticas".
