Undersøgelsen afslører teknologier, der kunne afsløre energieffektiv informationsbehandling og sofistikeret datasikkerhed

Avancerede informationsbehandlingsteknologier tilbyder grønnere telekommunikation og stærk datasikkerhed for millioner, afslørede en undersøgelse ledet af University of Maryland (UMD) forskere.

En ny enhed, der kan behandle information ved hjælp af en lille mængde lys, kunne muliggøre energieffektiv og sikker kommunikation. Arbejde ledet af You Zhou, en assisterende professor i UMD's Department of Materials Science and Engineering (MSE), i samarbejde med forskere ved US Department of Energy's (DOE) Brookhaven National Laboratory, blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Nature Photonics .

Optiske kontakter, de enheder, der er ansvarlige for at sende information via telefonsignaler, er afhængige af lys som et transmissionsmedium og på elektricitet som et behandlingsværktøj, hvilket kræver et ekstra sæt energi til at fortolke dataene. Et nyt alternativ udviklet af Zhou bruger kun lys til at drive en fuld transmission, hvilket kan forbedre hastigheden og energieffektiviteten for telekommunikations- og beregningsplatforme.

Tidlige test af denne teknologi har vist betydelige energiforbedringer. Mens konventionelle optiske switche kræver mellem 10 til 100 femtojoule for at muliggøre en kommunikationstransmission, bruger Zhou's enhed hundrede gange mindre energi, hvilket kun er en tiendedel til en femtojoule. At bygge en prototype, der muliggør informationsbehandling ved hjælp af små mængder lys, via et materiales egenskab kendt som "ikke-lineær respons", banede vejen for nye muligheder i hans forskningsgruppe.

"At opnå stærk ikke-linearitet var uventet, hvilket åbnede en ny retning, som vi ikke tidligere udforskede:kvantekommunikation," sagde Zhou.

Til at bygge enheden brugte Zhou Quantum Material Press (QPress) ved Center for Functional Nanomaterials (CFN), en DOE Office of Science-brugerfacilitet på Brookhaven Lab, der tilbyder gratis adgang til udstyr i verdensklasse for forskere, der udfører åben forskning. QPress er et automatiseret værktøj til at syntetisere kvantematerialer med lag så tynde som et enkelt atom.

"Vi har samarbejdet med Zhou's gruppe i adskillige år. De er en af ​​de tidligste brugere af vores QPress-moduler, som omfatter en eksfolieringsmaskine, kataloger og stabler," sagde medforfatter Suji Park, en stabsforsker i Electronic Nanomaterials Group hos CFN.

"Vi har specifikt leveret eksfolierede flager af høj kvalitet, der er skræddersyet til deres ønsker, og vi arbejdede tæt sammen for at optimere eksfolieringsbetingelserne for deres materialer. Dette partnerskab har forbedret deres prøvefremstillingsproces betydeligt."

Dernæst sigter Zhou's forskerhold på at øge energieffektiviteten ned til den mindste mængde elektromagnetisk energi, en hovedudfordring i at muliggøre den såkaldte kvantekommunikation, som tilbyder et lovende alternativ til datasikkerhed.

I kølvandet på stigende cyberangreb har opbygningen af ​​sofistikeret beskyttelse mod hackere fået videnskabelig interesse. Data transmitteret via konventionelle kommunikationskanaler kan læses og kopieres uden at efterlade spor, hvilket kostede tusindvis af brud for 350 millioner brugere sidste år, ifølge en nylig Statista-rapport.

Kvantekommunikation tilbyder på den anden side et lovende alternativ, da de koder informationen ved hjælp af lys, som ikke kan opsnappes uden at ændre dens kvantetilstand. Zhou's metode til at forbedre materialers ikke-linearitet er et skridt tættere på at aktivere disse teknologier.

Flere oplysninger: Liuxin Gu et al, Kæmpe optisk ikke-linearitet af Fermi-polaroner i atomisk tynde halvledere, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01434-x

Journaloplysninger: Naturfotonik

Leveret af Brookhaven National Laboratory