Сегодня 29 марта 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → свет

Учёные «заморозили» свет в объёме материала, но пока только на компьютерной модели

Международная группа физиков впервые смогла получить убедительные доказательства локализации электромагнитной волны в трёхмерных материалах. Грубо говоря, свет «заморозили» в объёме материала. Открытие сделано на цифровой модели благодаря значительно возросшим вычислительным мощностям и в перспективе позволит поставить физический эксперимент, а это путь к прорывам в оптике, лазерах и в других областях.

 Источник изображения: Pixabay

Источник изображения: Pixabay

Строго говоря, исследователи искали доказательства существования так называемого перехода или локализации Андерсона. Это явление ещё в 1958 году теоретически обосновал американский физик-теоретик Филип В. Андерсон, за что в 1977 году он был награждён Нобелевской премией по физике. Явление стало важнейшим в описании физики конденсированных сред как для квантовой, так и для классической механики.

Учёный объяснил, что в зависимости от случайного распределения дефектов в материале электроны будут либо двигаться, создавая электрический ток, либо попадут в ловушки из дефектов и остановятся там (станут локализированными) и тогда материал будет демонстрировать свойства изолятора (диэлектрика). Как в аналогичных условиях ведут себя электромагнитные волны, до конца было неясно. В одном или двух измерениях свет демонстрировал похожие свойства, но для объёмных материалов это явление не было обнаружено.

Новые компьютеры и оптимизированное программное обеспечение (FDTD Software Tidy3D) позволили проводить колоссальные по объёму расчёты всего за 30 минут вместо многих дней. Модель показала, что для стекла и кремния явление не обнаруживается, что стало простым объяснением, почему десятилетия экспериментов с этими материалами на дали результата. Зато для объёмного материала из металлических наносфер расчёты неожиданно показали, что электромагнитная волна действительно локализуется в пространстве.

 Источник изображения: Йельский университет

Свет, «замороженный» в объёме материала. Цифровая модель явления. Источник изображения: Йельский университет

Моделирование подтвердило, что свет (как частный случай электромагнитных волн) можно заставить взаимодействовать с объёмным материалом. Это позволит открыть новые фотокатализаторы, продвинуться в области лазеров (создавая продвинутые резонаторы и прочее), а также совершить открытия в области накопления и хранения энергии.

«Трёхмерное удерживание света в пористых металлах может усилить оптическую нелинейность, взаимодействие света и материи, позволит управлять случайным свечением и целенаправленным осаждением энергии, — говорят исследователи. — Мы ожидаем, что у этого явления может быть множество применений».

Световое загрязнение всё стремительнее скрывает звёзды с ночного неба, и дальше будет только хуже

По данным проведённого недавно исследования, световое загрязнение ночного неба, вызываемое искусственными источниками света, продолжает всё сильнее сокращать количество звёзд, которые могут видеть наблюдатели в городах Земли. Если 18 лет назад среднестатистический наблюдатель в городе мог бы увидеть 250 точек на ночном небе, то теперь — только 100. Исследование основано на информации, полученной от тысяч учёных со всего мира.

 Источник изображения: Jackson Hendry/unsplash.com

Источник изображения: Jackson Hendry/unsplash.com

Причина заключается в беспрецедентном увеличении интенсивности светового загрязнения, вызываемого искусственным городским освещением. По данным учёных, средний ежегодный рост яркости ночного неба составляет 9,6 %, темпы намного выше, чем регистрировались раньше. Осветление неба происходит в разных регионах неравномерно. Если в Европе темпы прироста составляют 6,5 % в год, то в Северной Америке — 10,4 %. По словам ведущего автора исследования Кристофера Кибы (Christopher Kyba) из Немецкого исследовательского центра геофизических исследований GFZ, «исчезновение» звёзд с небосвода происходит «драматическими темпами».

Исследование проводится как учёными Немецкого исследовательского центра геофизических исследований GFZ, так и Рурского университета в Бохуме, а также NOIRLab Национального научного фонда США. Исследование, названное «Globe at Night» Citizen Science Project, включало 50 тыс. наблюдений ночного неба невооружённым взглядом, сделанных волонтёрами между 2011 и 2022 годами.

Известно, что недостаток темноты вызывает обеспокоенность не только у профессиональных астрономов. По данным исследователей, увеличение интенсивности ночного освещения негативно влияет на состояние людей и животных (как дневных, так и ночных) и даже «частично разрушает культурное наследие». По словам учёных, световое загрязнение ночного неба ранее в масштабах планеты не измерялось, но существуют оценки, основанные на показаниях спутников. Впрочем, они показывали, что в большинстве частей Европы и Северной Америки уровень загрязнения вышел на плато и даже слегка уменьшился. Новые исследования продемонстрировали, что оценки, похоже, оказались неправильными.

 Источник изображения: Pawel Nolbert/unsplash.com

Источник изображения: Pawel Nolbert/unsplash.com

По словам Кибы, спутники более всего чувствительны к свету, направленному вверх, но существует ещё и «горизонтальный» свет, на который приходится большая часть ответственности за отсветление ночного неба. Другими словами, если наружная реклама или фасадное освещение станет масштабнее или ярче, небо будет подсвечиваться сильнее для наблюдателя с Земли, хотя спутники не отметят большой разницы. Кроме того, утверждается, что сенсоры спутников менее чувствительны к излучению LED-элементов, в последнее время получивших повсеместное распространение взамен применявшихся ранее ламп. При этом синий свет, активно излучаемый LED, интенсивно загрязняет ночное небо. И именно его почти не замечают спутники из числа способных заниматься мониторингом всей планеты одновременно.

Учёные отметили, что недостатком исследования является нехватка данных из развивающихся стран, где изменения могут происходить ещё более стремительно. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

Оконное стекло превратили в беспроводную точку доступа — пока работает она только при свете дня и не блещет скоростью

Оказывается, «умные» оконные стёкла могут стать не только заменой источникам питания, но также способны превратиться в аналог роутеров Wi-Fi для беспроводной раздачи данных. По крайней мере, над этим работают учёные из Саудовской Аравии. Прототип не блещет скоростью, создавая очень и очень скромный трафик, но в перспективе предложенное решение может обеспечить автономной беспроводной связью офис или квартиру. Всё что надо для его работы — это свет Солнца.

 Источник изображения: ieeexplore.ieee.org

Источник изображения: ieeexplore.ieee.org

Группа учёных из Университета науки и технологии имени короля Абдаллы (KAUST) воспользовалась свойством света менять поляризацию с помощью оптических приборов. В данном случае поляризация меняется с помощью жидкокристаллических затворов в прозрачном элементе в составе обычного оконного стекла. В этом отличие метода, предложенного арабскими учёными. Сегодня технологии беспроводной передачи данных с помощью света, включая стандарт и протоколы Li-Fi, используют модуляцию по интенсивности света, тогда как учёные из KAUST сочли это неудобным.

Изменение яркости источника в процессе передачи данных может быть заметно глазу человека, особенно на низких частотах. Изменение поляризации, в свою очередь, человеческий глаз не замечает. Это наиболее комфортное решение для человека, уверены исследователи. В своих экспериментах учёные смогли установить скорость передачи данных с кодированием поляризацией на уровне 16 Кбит/с, но намерены поднять её до мегабитных и гигабитных величин.

Уровень потребления точкой доступа из стекла не превышает 1 Вт, что от 5 до 20 раз меньше по сравнению с точкой доступа Wi-Fi. Оконная точка доступа может питаться от солнечной батареи, встроенной в стекло. Из минусов, точка доступа в стекле использует для работы солнечный свет, который кодирует в последовательности 0 и 1 и когда за окном темно, она не работает. Однако подобное решение можно включать для работы днём и переходить на обычный Wi-Fi после заката, экономя электричество в светлое время суток.

Технологии кремниевой фотоники для сверхбыстрой связи между чипами стали привлекать всё больше инвестиций

Компьютеры, использующие для передачи данных свет вместо электрического тока, которые ещё несколько лет назад рассматривались лишь в качестве очередного исследовательского проекта, сегодня получают всё больше внимания. Cтартапы, решающие инженерные проблемы, связанные с использованием фотонов (элементарных частиц света) для передачи информации между полупроводниковыми микросхемами получают сотни миллионов долларов инвестиций, пишет Reuters.

 Источник изображений: Ayar Labs / Reuters

Источник изображений: Ayar Labs / Reuters

Один из примеров таких стартапов является компания Ayar Labs, работающая в сфере так называемой кремниевой фотоники. Недавно она сообщила о привлечении финансирования в размере $130 млн на свои разработки. Одним из её инвесторов является компания NVIDIA.

Вычислительная мощность кремниевых чипов на основе транзисторов за последние десятилетия увеличилась в геометрической прогрессии. Но поскольку размеры самих транзисторов достигли ширины в несколько атомов, их дальнейшее уменьшение представляет собой очень сложную технологическую задачу. Другая проблема транзисторов заключается в том, что они могут пропускать сигналы, снижая эффективность их передачи. Индустрия полупроводников неминуемо приближается к ситуации, когда закон Мура об удвоении плотности транзисторов каждые два года перестанет работать. Это подталкивает отрасль к поиску новых решений для удовлетворения постоянно растущих потребностей в более сложных вычислениях. Особенно на фоне стремительно развивающейся сферы искусственного интеллекта.

По данным аналитической компании PitchBook, в прошлом году рынок кремниевой фотоники привлёк инвестиций на общую сумму свыше $750 млн, что вдвое больше, чем в 2020 году. А в 2016 эта сфера оценивалась всего в $18 млн.

«Технологии искусственного интеллекта растут "как на дрожжах" и активно используются в тех же дата-центрах. Перемещение цифровых данных и вопрос энергоэффективности при передаче этих данных здесь являются очень серьёзными проблемами, требующими решения», — рассказал в интервью изданию Reuters глава Ayar Labs Чарльз Вуишпард (Charles Wuischpard).

Корень проблемы заключается в том, что алгоритмы машинного обучения для выполнения вычислительных задач требуют использования сотен и даже тысяч полупроводниковых микросхем. При этом скорость передачи данных между этими чипами или целыми системами при использовании традиционных электрических методов является весьма ограниченной.

Свет уже несколько десятилетий используется для передачи сигналов с информацией с помощью оптоволоконных кабелей. Однако вывод технологии на уровень производства микросхем долгое время оставался очень сложной задачей. Она усложнялась необходимостью сокращения размеров устройств, которые используются в качестве источников света, до уровня транзисторов.

По мнению аналитика рынка новых технологий Брендана Бёрка (Brendan Burke) из компании PitchBook, кремниевая фотоника имеет потенциал приобрести статус обычного оборудования в составе дата-центров уже к 2025 году. А сам рынок кремниевой фотоники к этому моменту может вырасти до $3 млрд, то есть до уровня рынка графических технологий с использованием ИИ, каким он был в 2020 году.

Стартапы используют технологии кремниевой фотоники не только в качестве эффективного средства передачи информации между микросхемами в составе одной или нескольких вычислительных систем. Разработки квантовых компьютеров, новых суперкомпьютеров, а также микрочипов для систем автономного вождения также привлекают огромные объёмы инвестиций.

Компания PsiQuantum, занимающаяся разработкой первого прикладного квантового компьютера, привлекла $655 млрд. Компания Lightmatter, занимающаяся разработкой фотонных процессоров для ускорения работы ИИ-алгоритмов в составе дата-центров привлекла $113 млн и обещает выпустить первые готовые к использованию продукты в этом году. Стартап Luminous Computing, занимающийся разработкой суперкомпьютера для ИИ-вычислений с использованием технологий кремниевой фотоники и получивший поддержку Билла Гейтса (Bill Gates), в общей сложности привлёк $115 млн инвестиций.

Интерес к кремниевой фотонике проявляют не только молодые технологические компании, но и вполне себе матёрые представители полупроводниковой индустрии. Например, глава отдела развития вычислительных и сетевых технологий GlobalFoundries Амир Фейнтух (Amir Faintuch) заявил, что сотрудничество с компаниями PsiQuantum, Ayar Labs и Lightmatter позволило им разработать и создать платформу для производства продуктов кремниевой фотоники, которую могут использовать её клиенты. Запуск платформы состоялся в марте этого года.

Основатель венчурного фонда Playground Global, инвестор компаний Ayar Labs и PsiQuantum Питер Барретт (Peter Barrett) в разговоре с Reuters отметил, что верит в долгосрочную перспективу кремниевой фотоники, а также в её возможность значительно укоротить компьютерные вычисления. Но впереди, по его словам, ещё много работы.

«Ребята из Ayar Labs достигли очень важного рубежа. Они решили проблему медленного интерконнекта в системах для высокопроизводительных вычислений. Однако полный переход на цифровые фотонные вычисления в не квантовых системах потребует некоторого времени», — прокомментировал Барретт.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Крупное обновление добавило в No Man’s Sky возможность создавать собственные космические корабли — фанаты мечтали об этом с 2016 года 44 мин.
CD Projekt раскрыла, как продвигается разработка The Witcher 4, и похвасталась успехами Cyberpunk 2077 57 мин.
Громкие анонсы «без рекламы и лишней болтовни»: ведущие инди-разработчики устроят собственную игровую презентацию The Triple-i Initiative 3 ч.
Databricks представила открытую LLM DBRX, превосходящую GPT-3.5 Turbo 3 ч.
«Всегда обидно, когда хейтеры оказываются правы»: Earthblade от авторов Celeste не выйдет и в 2024 году 4 ч.
США запретили властям использовать ИИ, который ущемляет американцев 4 ч.
Экшен-платформер Nine Sols от создателей Devotion наконец получил дату выхода — это смесь Hollow Knight и Sekiro: Shadows Die Twice в стиле даопанка 6 ч.
Разработчики Homeworld 3 раскрыли, как улучшат игру после критики фанатов 7 ч.
Экс-глава EA Russia Тони Уоткинс сделает Astrum Entertainment «компанией №1» на российском рынке видеоигр 9 ч.
Магазин чат-ботов ChatGPT провалился, но им пользуются ученики школ и университетов 9 ч.
Новая статья: Обзор лазерного 4К-проектора Hisense Laser Mini Projector C1: передовые технологии в действии 9 мин.
В Китае запустили связь 5.5G — первыми её поддержку получили смартфоны Oppo Find X7 57 мин.
Apple представит обновлённые планшеты iPad Pro и iPad Air в начале мая, если слухи верны 3 ч.
Глобальное потепление замедлило вращение Земли, и в этом уже нашли плюсы 4 ч.
Nautilus запустила линейку инфраструктурных решений EcoCore для модульных ЦОД 4 ч.
Китай нарастил закупки нидерландского оборудования для выпуска чипов в несколько раз, несмотря на санкции 4 ч.
Оптика для HBM: стартап Celestial AI получил ещё $175 млн инвестиций, в том числе от AMD и Samsung 4 ч.
Logitech представила беспроводную низкопрофильную клавиатуру Signature Slim K950 5 ч.
Под давлением пользователей Google преодолела аппаратные ограничения для внедрения ИИ в Pixel 8 6 ч.
В апреле Meta добавит искусственный интеллект в умные очки Ray-Ban Meta 6 ч.