A luz pode ser a chave para gadgets de baixo consumo de energia, dizem os especialistas

Principais vantagens

• Os pesquisadores dizem que um avanço no uso de luz para enviar informações pode levar a dispositivos com consumo de energia extremamente baixo.
• Os pesquisadores usaram um novo tipo de semicondutor para criar pontos quânticos dispostos como uma caixa de ovo.
• A nova pesquisa está entre uma série de novas tecnologias que podem permitir dispositivos de ultra-baixo consumo de energia.

Um avanço recente no envio de informações usando a luz pode levar a dispositivos com consumo de energia extremamente baixo. Os pesquisadores demonstraram como eles podem usar um efeito quântico conhecido como não linearidade para modificar e detectar sinais de luz fracos. O desenvolvimento poderia eventualmente ser usado em dispositivos eletrônicos pessoais. Mas não espere ver um gadget quântico na Best Buy tão cedo. “A abordagem descrita neste artigo é relevante e empolgante, mas parece estar longe de ser implantada”, disse Scott Hanson, fundador e diretor de tecnologia da Ambiq, uma empresa especializada em dispositivos de baixo consumo de energia, em uma entrevista por e-mail . “Os chips usados ​​nos dispositivos mais recentes de hoje são baseados em quase os mesmos ‘interruptores’ baseados em silício que existem há décadas. Mesmo pequenas mudanças na forma como esses chips são fabricados levam muitos anos para serem implantados.”

Efeitos quânticos levam à descoberta

Os pesquisadores usaram um novo tipo de semicondutor para criar pontos quânticos dispostos como uma caixa de ovo. A equipe produziu essa paisagem de energia da caixa de ovos com dois flocos de semicondutores, que são considerados materiais bidimensionais porque são feitos de uma única camada molecular, com apenas alguns átomos de espessura. Semicondutores bidimensionais têm propriedades quânticas que são muito diferentes de pedaços maiores e podem ser usados ​​em dispositivos de baixa potência. “Para que isso seja sustentável, devemos encontrar uma maneira de preservar a vida da bateria – o que significa operar a eletrônica com menos energia.” “Os pesquisadores se perguntaram se os efeitos não lineares detectáveis ​​podem ser sustentados em níveis de potência extremamente baixos – até fótons individuais. Isso nos levaria ao limite inferior fundamental do consumo de energia no processamento de informações”, Hui Deng, professor de física e autor sênior do em papel Natureza descrevendo a pesquisa, disse em um comunicado à imprensa. Um dos principais desafios que os pesquisadores tiveram de superar foi como controlar os pontos quânticos. Para controlar os pontos como um grupo com luz, a equipe construiu um ressonador fazendo um espelho na parte inferior, colocando o semicondutor em cima dele e, em seguida, depositando um segundo espelho no topo do semicondutor. “Você precisa controlar a espessura com muita firmeza para que o semicondutor esteja no máximo do campo óptico”, disse Zhang Long, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Deng e primeiro autor do artigo, no comunicado à imprensa. Os novos semicondutores 2D podem trazer dispositivos quânticos até a temperatura ambiente, em vez do frio extremo que é necessário atualmente. “Estamos chegando ao fim da Lei de Moore”, disse Steve Forrest, professor de engenharia e co-autor do artigo, referindo-se à tendência da densidade dos transistores em um chip dobrando a cada dois anos, no comunicado. “Os materiais bidimensionais têm muitas propriedades eletrônicas e ópticas interessantes que podem, de fato, nos levar a uma terra além do silício.” Se a pesquisa de Deng valer a pena, Ultra-Low Power Devices (ULPD) pode ser um enorme benefício para os usuários, disse Charlie Goetz, CEO da Powercast, uma empresa de energia sem fio, em uma entrevista por e-mail. “Eles permitirão que redes IoT onipresentes sejam configuradas e implantadas. Essas, por sua vez, alimentam a IA, que pode então converter a quantidade de entrada em saída de qualidade”, acrescentou.

“Os ULPDs serão o fator capacitador que conduzirá – mais verdes, mais seguras e mais eficientes – às cidades inteligentes do futuro.”

Explorando muitos caminhos para baixo consumo de energia

Os pesquisadores estão explorando uma série de outras tecnologias que podem permitir dispositivos de ultra-baixa energia. “Houve avanços impressionantes no espaço do System on a Chip (SoC) nos últimos anos”, disse Goetz. “Esses dispositivos de baixa potência podem funcionar por anos com bateria e, mais significativamente, podem ser alimentados sem fio à distância usando frequências de rádio ou, em alguns casos, infravermelho.” A raça humana está nadando em baterias de smartphones a alarmes de incêndio, disse Hanson. “Isso está rapidamente se tornando incontrolável, pois nossas roupas, casas e as cidades ao nosso redor se tornam ‘inteligentes’ e ‘conectadas'”, acrescentou. “Para que isso seja sustentável, devemos encontrar uma maneira de preservar a vida da bateria – o que significa operar a eletrônica com menos energia. As tecnologias que alcançam esse objetivo de ‘consumir menos energia’ são críticas.”