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《新加坡研究人员开发出最新量子通信芯片》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： shenxiang
  • 发布时间：2019-11-19

  • 科技日报报道，新加坡研究人员在最新一期《自然·光子学》杂志上撰文称，他们开发出一种量子通信芯片，尽管其“块头”仅为现有装置的千分之一，但能提供同样出众的量子安全技术，可用于智能手机、平板电脑和智能手表等紧凑型设备内，提升其通信安全性。研究人员表示，最新量子芯片需要的空间仅为目前量子通信设备的千分之一，这为更安全的通信技术打开了大门，可安装在智能手机、平板电脑和智能手表等紧凑型设备内。此外，它还为用于在线交易和电子通信的更好的加密方法奠定了基础。

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相关报告

  • 《美研究人员研制出可在室温下工作的量子芯片材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-06-20
    • 硅基计算机技术在尺寸和运算速度上已经接近极限，而量子计算技术被视为有望突破该极限的替代技术之一。然而，现有量子计算技术中，一些前沿性研究需要将材料冷却到绝对零度（-273.15℃）左右，这阻碍了量子计算机从理论到实用的进程。美国斯坦福大学电子工程系教授伊Jelena Vuckovic带领其团队，近日分别在杂志上发表了3篇论文，宣称他们已经研制出能在三种量子芯片材料，包括一种量子点、两种“色心”，其中一种完全能在室温下运行，使量子计算机向实际应用跨出一大步。 第一种结构是量子点，相关论文发表在《自然•物理学》杂志上 。研究人员向砷化镓晶体内掺杂少量砷化铟制成的量子点，能成功通过激光-电子相互作用控制光子的输入和输出，而且，与之前发出单个光子不同，这次的光子能两两结伴而出。Vuckovic表示，与那些需要低温制冷的量子计算机平台相比，他们的量子点更实用，虽然目前还不能用于创建通用量子计算机，但完全可用来创建防止篡改的安全通信网络。 在另两篇发表于《纳米•通讯》杂志的论文中，Vuckovic团队介绍了一种完全不同于量子点的方法：用“色心”技术捕获电子。色心是指透明晶体中的点缺陷、点缺陷对或点缺陷群，这些缺陷能捕获电子或空穴，吸收光子使晶体呈现不同颜色。 一篇论文 描述的色心在钻石中构建而成。他们用硅原子取代钻石中的部分碳原子，在钻石晶格中创建出多个色心。这些钻石色心能高效捕获自旋电子，但仍需制冷到一定温度。 Vuckovic还与其他团队合作，开发出第三种材料——高效修饰碳化硅色心。他们在另一篇论文 中描述了对这种材料的测试结果。之前有研究报道，对碳化硅进行修饰后能制成在室温下工作的色心，但效率不高，不能用来研制量子芯片。而Vuckovic团队通过敲除碳化硅中的部分硅原子，研制出了高效色心。然后，他们再在色心周围加入纳米线结构，大大改进了色心捕获电子的能力。 Vuckovic表示，他们研制的高效色心完全能在室温下操作，是量子计算机研究领域的一大突破，为量子芯片的研制提供了可供实际操作的方法。但她同时表示：“这三种材料哪种最终会脱颖而出，我们还需继续研究。”
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  • 《新加坡与日本研究人员开发出收集Wi-Fi信号的小型电子设备供电技术》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2021-05-26
    • 利用电子自旋自由度的自旋电子器件科学是现代科学技术发展的核心领域之一，它已经对磁传感器和磁随机存取存储器（MRAM）产生了巨大的技术影响。自旋扭矩振荡器（STO）是一类新兴的自旋电子学器件，它提供了广泛的高频应用，如自旋二极管整流器、无线传输和接收、数字和模拟调制器、频谱分析仪和神经形态计算。 通常，一个高频均匀磁化STO的输出功率（~nW）较低，线宽（~MHz）较大，这使得它们在实际应用中不可行。同步多个振荡器是克服这些缺点的一种方法，因为它提高了输出功率，减小了线宽。由于STO具有高非线性行为和宽带频率可调性，因此可以利用它们的互耦实现同步。 通过自旋波或偶极耦合介导的STO的相互耦合相当局限于微米尺度，通常通过将单个STO紧密放置在一起来实现。这一要求对设计高效的片上存储系统施加了限制，也导致了可靠性问题。消除这种空间设计限制的一种方法是使用自发射射频电流以电的方式同步STO。电连接的振荡器可以通过电感/电容效应耦合，或者通过使用并联和串联配置的简单电气拓扑共享接地和源路径耦合。尽管在理论上进行了探索，但在实验中还没有证明电拓扑对STO阵列性能的影响，这是电连接网络的一个重要方面。 新加坡国立大学与日本东北大学研究人员开发出一种技术，可收集Wi-Fi信号为小型电子设备供电。研究人员将8个STO设备串联形成一个阵列。该阵列能吸收2.4 GHz无线电波类型的Wi-Fi信号，并将其转换为直流电压信号，这对无线和计算应用都是至关重要的。与以往的多个直流源激励STO的工作不同，研究人员使用单个直流源同步悬臂自由层STOs，从而简化同步方案。研究人员通过对振荡器和整流应用中STO阵列的性能评估，使用并联和串联连接，强调了电气拓扑（electrical topology）的重要性。由于互同步，STOs的自由运行线宽显著减小到几兆赫的范围。通过射频锁定，实现了四个同步振荡器对相位噪声的抑制，显示了它们在具有良好时域稳定性的大阵列中的锁相能力。同步STO，用于2.4 GHz无线波段微波检测是能量采集的重要特征，其整流输出电压大达104 mV，最大灵敏度20200  mV mW−1、交直流转换效率高达10%。该性能矩阵在亚微瓦功率范围内优于肖特基二极管，这对于无线和物联网应用中的纳米传感器有着重要的应用价值。 该阵列能够吸收由 Wi-Fi 信号产生的 2.4GHz 无线电波，并将之转换为直流电压信号。在传递到电容器上之后，就可用于电量 1.6V 的 LED 。给电容器充电 5 秒钟后，即便切断了外部电源，LED 也可保持点亮一分钟。 研究人员表示：“我们生活在一个被 Wi-Fi 信号所包围的世界，但当我们不使用它们来访问互联网时，它们就处于非活跃的浪费能量的状态”。新研究成果是顺应转变迈出的第一步，届时随手可用的 2.4GHz 无线电波将成为绿色能量来源，以减少我们经常使用的电子设备的电池需求。 通过这种方式，一部分物联网设备可使用无线电信号来供电。随着智能家居和智能城市应用的普及，这项研究工作或在通信、计算和神经形态等系统中得到高效的应用。 多年来，科学家们一直在努力寻找高效收集环境中的无线电波，以便为小型设备供电的新方法。不过迄今为止，这些信号的来源，始终没能向无线网络（Wi-Fi）那样普及。收集环境中的无线电能量，然后转化输出有意义的功率，一直是一项艰巨的挑战。STO作为一类相对新颖的微型设备，其具有产生微波的能力，但此前的输出功率一直相当低。基于此，研究团队想出了将多个 STO 集成在一个芯片上、以增加输出功率的新方案。为了实现这一目标，研究团队一直在努力设计并测试最佳布局，以解决间距和低频响应等方面的问题。最终交付演示的方案，就包含了八个串联起来的STO。 目前研究团队正在努力增加阵列中的 STO 数量以提升能量的收集能力，并且探讨了如何将其用于为其它电子设备和传感器供电。 图2直流偏置同步的自旋力矩振荡器 该研究成果发表在《Nature Communications》, 2021，12, Article number: 2924, 题目：“Electrically connected spin-torque oscillators array for 2.4 GHz WiFi band transmission and energy harvesting”。
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