Nowe badanie odkrywa technologie, które mogą ujawnić energooszczędne przetwarzanie informacji i zaawansowane zabezpieczenia danych.
Innowacyjne badania Uniwersytetu Maryland prezentują urządzenie przetwarzające dane telekomunikacyjne za pomocą światła, osiągając efektywność energetyczną i zwiększając bezpieczeństwo przed włamaniami za pośrednictwem komunikacji kwantowej.
Jak wynika z badania przeprowadzonego przez naukowców z Uniwersytetu Maryland (UMD), zaawansowane technologie przetwarzania informacji umożliwiają milionom ludzi bardziej ekologiczną telekomunikację i większe bezpieczeństwo danych.
Nowe urządzenie zdolne do przetwarzania informacji przy minimalnej ilości światła może zrewolucjonizować energooszczędną i bezpieczną komunikację. Innowacja ta, zapoczątkowana przez You Zhou, adiunkta na Wydziale Nauki i Inżynierii Materiałowej (MSE) UMD, we współpracy z naukowcami z Narodowego Laboratorium Brookhaven Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, została niedawno podkreślona w czasopiśmie Fotonika Przyrody.
Rewolucyjna komunikacja optyczna
Przełączniki optyczne, urządzenia odpowiedzialne za przesyłanie informacji za pomocą sygnałów telefonicznych, wykorzystują światło jako medium transmisyjne i energię elektryczną jako narzędzie przetwarzania, co wymaga dodatkowego zestawu energii do interpretacji danych. Nowa alternatywa opracowana przez Zhou wykorzystuje wyłącznie światło do zasilania pełnej transmisji, co może poprawić prędkość i efektywność energetyczną platform telekomunikacyjnych i obliczeniowych.
Wczesne testy tej technologii wykazały znaczną poprawę energii. Podczas gdy konwencjonalne przełączniki optyczne wymagają od 10 do 100 femtodżuli, aby umożliwić transmisję komunikacyjną, urządzenie Zhou zużywa sto razy mniej energii, czyli tylko jedną dziesiątą do jednego femtodżula. Zbudowanie prototypu umożliwiającego przetwarzanie informacji przy użyciu niewielkich ilości światła za pośrednictwem właściwości materiału zwanej „reakcją nieliniową” otworzyło drogę nowym możliwościom w jego grupie badawczej.
Postęp w materiałach kwantowych
„Osiągnięcie silnej nieliniowości było nieoczekiwane, co otworzyło nowy kierunek, którego wcześniej nie badaliśmy: komunikację kwantową” – powiedział Zhou.
Do zbudowania urządzenia Zhou użył Prasa do materiałów kwantowych (QPress) w Centrum Nanomateriałów Funkcjonalnych (CFN), obiekt użytkownika DOE Office of Science w Brookhaven Lab, który oferuje bezpłatny dostęp do światowej klasy sprzętu naukowcom prowadzącym otwarte badania. QPress to zautomatyzowane narzędzie do syntezy materiałów kwantowych z warstwami tak cienkimi jak pojedyncza atom.
„Współpracujemy z grupą Zhou od kilku lat. Są jednymi z pierwszych, którzy przyjęli nasze moduły QPress, które obejmują eksfoliator, katalogator i układarkę” – powiedziała współautorka Suji Park, pracownik naukowy w Zespół Nanomateriałów Elektronicznych w CFN. „W szczególności dostarczyliśmy wysokiej jakości płatki złuszczające dostosowane do ich wymagań i ściśle współpracowaliśmy, aby zoptymalizować warunki złuszczania dla ich materiałów. To partnerstwo znacznie usprawniło proces wytwarzania próbek”.
Przyszłe kierunki i ulepszenia bezpieczeństwa
Następnie zespół badawczy Zhou zamierza zwiększyć efektywność energetyczną do najmniejszej ilości energii elektromagnetycznej, co stanowi główne wyzwanie w umożliwieniu tak zwanej komunikacji kwantowej, która stanowi obiecującą alternatywę dla bezpieczeństwa danych.
W obliczu rosnącej liczby cyberataków, zainteresowanie nauki wzbudziło budowanie zaawansowanej ochrony przed hakerami. Jak wynika z najnowszego raportu Statista, dane przesyłane konwencjonalnymi kanałami komunikacji można odczytywać i kopiować bez pozostawiania śladu, co w ubiegłym roku kosztowało tysiące naruszeń w przypadku 350 milionów użytkowników.
Z drugiej strony komunikacja kwantowa stanowi obiecującą alternatywę, ponieważ koduje informacje za pomocą światła, którego nie można przechwycić bez zmiany jego stanu kwantowego. Metoda Zhou mająca na celu poprawę nieliniowości materiałów jest o krok bliżej wprowadzenia tych technologii.
Odniesienie: „Ogromna nieliniowość optyczna polaronów Fermiego w cienkich atomach półprzewodniki” Liuxin Gu, Lifu Zhang, Ruihao Ni, Ming Xie, Dominik S. Wild, Suji Park, Houk Jang, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Mohammad Hafezi i You Zhou, 14 maja 2024 r., Fotonika Przyrody.
DOI: 10.1038/s41566-024-01434-x
Badanie to zostało wsparte przez Biuro Naukowe DOE i Narodową Fundację Nauki.
