Un nuovo dispositivo in grado di elaborare le informazioni utilizzando una piccola quantità di luce potrebbe consentire comunicazioni sicure ed efficienti dal punto di vista energetico. Il lavoro condotto da You Zhou, un assistente professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali (MSE) dell'UMD, in collaborazione con ricercatori del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), è stato pubblicato oggi sulla rivista Nature Photonics .

Gli interruttori ottici, i dispositivi responsabili dell'invio di informazioni tramite segnali telefonici, si affidano alla luce come mezzo di trasmissione e all'elettricità come strumento di elaborazione, richiedendo un set aggiuntivo di energia per interpretare i dati. Una nuova alternativa progettata da Zhou utilizza solo la luce per alimentare una trasmissione completa, il che potrebbe migliorare la velocità e l'efficienza energetica per le telecomunicazioni e le piattaforme di calcolo.

I primi test di questa tecnologia hanno mostrato significativi miglioramenti energetici. Mentre gli interruttori ottici convenzionali richiedono da 10 a 100 femtojoule per consentire la trasmissione della comunicazione, il dispositivo di Zhou consuma cento volte meno energia, ovvero solo da un decimo a un femtojoule. La costruzione di un prototipo che consente l'elaborazione delle informazioni utilizzando piccole quantità di luce, tramite la proprietà di un materiale nota come "risposta non lineare", ha aperto la strada a nuove opportunità nel suo gruppo di ricerca.

"Il raggiungimento di una forte non linearità è stato inaspettato, il che ha aperto una nuova direzione che non stavamo esplorando in precedenza:le comunicazioni quantistiche", ha affermato Zhou.

Per costruire il dispositivo, Zhou ha utilizzato la Quantum Material Press (QPress) presso il Center for Functional Nanomaterials (CFN), una struttura per utenti del DOE Office of Science presso il Brookhaven Lab che offre accesso gratuito ad attrezzature di livello mondiale per gli scienziati che conducono ricerche aperte. QPress è uno strumento automatizzato per sintetizzare materiali quantistici con strati sottili come un singolo atomo.

"Collaboriamo con il gruppo di Zhou da diversi anni. Sono tra i primi ad adottare i nostri moduli QPress, che includono un esfoliatore, un catalogatore e un impilatore", ha affermato il coautore Suji Park, uno scienziato dello staff dell'Electronic Nanomaterials Group. presso CFN.

"Nello specifico, abbiamo fornito scaglie esfoliate di alta qualità su misura per le loro richieste e abbiamo lavorato a stretto contatto per ottimizzare le condizioni di esfoliazione per i loro materiali. Questa partnership ha migliorato significativamente il loro processo di fabbricazione dei campioni."

Successivamente, il gruppo di ricerca di Zhou mira ad aumentare l'efficienza energetica fino alla più piccola quantità di energia elettromagnetica, una sfida importante per consentire le cosiddette comunicazioni quantistiche, che offrono un'alternativa promettente per la sicurezza dei dati.

Sulla scia dell’aumento degli attacchi informatici, la creazione di una protezione sofisticata contro gli hacker ha suscitato un crescente interesse scientifico. Secondo un recente rapporto Statista, i dati trasmessi sui canali di comunicazione convenzionali possono essere letti e copiati senza lasciare traccia, il che è costato migliaia di violazioni a 350 milioni di utenti lo scorso anno.

Le comunicazioni quantistiche, d’altro canto, offrono un’alternativa promettente poiché codificano le informazioni utilizzando la luce, che non può essere intercettata senza alterarne lo stato quantistico. Il metodo di Zhou per migliorare la non linearità dei materiali è un passo avanti verso l'abilitazione di tali tecnologie.

Ulteriori informazioni: Liuxin Gu et al, Nonlinearità ottica gigante dei polaroni di Fermi in semiconduttori atomicamente sottili, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01434-x

Informazioni sul giornale: Fotonica della natura

Fornito dal Brookhaven National Laboratory