Энергия без электричества — в ИТМО разработали наноустройство для оптического компьютера
Физики ИТМО и Академического университета им. Ж. И. Алферова разработали устройство, которое может применяться как транзистор для оптического компьютера.
Разработка позволяет без использования электрических проводников создавать электрическое поле в наноструктуре. Ученые смогли не только теоретически описать этот процесс, но и экспериментально продемонстрировать его в наноантенне.
Транзисторы, крошечные полупроводниковые приборы, которые нужны для управления электронным потоком, содержащим в себе информацию, каждый год становятся все меньше и энергоэффективнее. Во многом именно от них зависят мощность и скорость работы любой техники, в том числе компьютеров и смартфонов. Однако ученые и инженеры почти достигли фундаментальных пределов по их улучшению. Увеличить производительность устройств можно с помощью перехода от электронов к частицам света (фотонам). Фотоны — идеальный инструмент для передачи информации: свет может переноситься на десятки и сотни километров практически без затухания и искажений. Поэтому создание оптического компьютера — это уже давно не просто научный интерес, а необходимость.
«Для разработки оптического компьютера нужно заменить каждую часть обычного ПК на оптический аналог. Мы смогли сделать в некотором смысле строительный кирпичик будущего оптического чипа — наноструктуру, которая может использоваться как конденсатор или даже транзистор. С ее помощью можно в том числе управлять потоком фотонов: например, менять интенсивность или направление излучения. Также в нашей наноструктуре удалось сгенерировать постоянное электрическое поле, причем только за счет света, без использования электродов или дополнительных электрических систем»,— рассказывает Яли Сунь, младший научный сотрудник физического факультета ИТМО.
Миниатюризация — это еще одна из задач, которую старались решить ученые: чем меньше структура, тем больше потенциальных транзисторов можно поместить на единице площади, то есть тем мощнее будет готовое устройство. Наличие оптических резонансных свойств и объединение двух материалов в единой наносистеме позволили ученым создать в ней статическое электрическое поле под действием лазерного излучения и таким образом обойтись без электродов. Ранее этот эффект удавалось продемонстрировать только в громоздких системах — например, в объемном кремнии.
«По форме наша наноструктура напоминает шахматную пешку — сферу, погруженную в усеченный конус. Наши исследования на наноструктурах с разной геометрией показали, что именно такая форма лучше всего подходит для генерации электрического поля. Наноструктура включает в себя материалы, которые широко применяются в микроэлектронике,— кремний и золото. Как она работает: мы светим на нее лазером и формируем электрическое поле в полупроводнике, которое изменяет оптический отклик наносистемы. То есть выходным излучением такой наноструктуры можно управлять за счет света. Это важно для фотон-фононного взаимодействия. Результаты помогут в создании оптических компьютеров, где все процессы будут выполняться только за счет фотонов»,— поясняет Артем Ларин, соавтор проекта, инженер физического факультета ИТМО.
Яли Сун и Артем Ларин
По словам Дмитрия Зуева, научного руководителя проекта, старшего научного сотрудника физического факультета ИТМО, самым сложным в исследовании было описать экспериментальные результаты теоретическими расчетами, так как теория объясняет идеальный случай без учета множества факторов. Дальше физики планируют провести эксперименты с другими геометриями, чтобы упростить технологию создания таких наносистем.
Дмитрий Зуев, старший научный сотрудник физического факультета ИТМО, ответил на вопросы «Ъ-Науки».
— Известные на сегодня альтернативные источники питания могут преобразовывать энергию ветра, воды или солнца. Ваша наноструктура устроена по-другому? Расскажите как.
— Нашу наноструктуру не совсем корректно сравнивать именно с источниками питания, так как электрическое поле в нашем случае создается ультракороткими лазерными импульсами на небольшой момент времени. Гипотетически поле с такой напряженностью могло бы быть сформировано при освещении солнечного элемента миллионом солнц (что, конечно, привело бы к разрушению солнечного элемента), но так как в нашей наноструктуре поле живет недолго, то она не разрушается. Поэтому разработанную нами систему логичнее использовать не для хранения энергии, а для быстрой модуляции оптических сигналов в перспективных системах связи и передачи информации.
— Что такое оптический компьютер? Зачем надо его создавать? Чем он будет лучше обычного «электрического»?
— Элементная база обычного компьютера представляет собой набор пассивных и активных компонент — проводов, по которым бегут электроны, и транзисторов, которые выполняют логические операции. Теперь давайте заменим такую элементарную частицу, как электрон, на фотон и для него реализуем элементную базу ранее указанных компонент. В таком случае обычный ПК превращается в ультрасовременный оптический компьютер прямиком из научной фантастики. Таким образом, оптический компьютер — вычислительное устройство, где информация передается и обрабатывается с помощью операций над потоком фотонов.
Переход от «электрического» компьютера к оптическому вызван прежде всего необходимостью увеличения скорости и объема обработки-передачи информации. В настоящее время для электрических компьютеров эта задача решается миниатюризацией электронных компонентов. Такой подход рано или поздно столкнется с фундаментальными физическими ограничениями, прежде всего связанными с нагревом. Компьютеры на основе оптических чипов позволят избежать не только этой проблемы, но и сопутствующих расходов, связанных с охлаждением вычислительных систем. При этом оптические компьютеры будут проводить расчеты на порядок быстрее, поэтому они найдут свое применение для решения сложных параметрических задач и обработки больших объемов данных за короткое время.
— Сможет ли подобный прибор работать совсем без электричества?
— Если говорить о замене электронов на фотоны при использовании существующей архитектуры компьютера, то нужно учитывать, что источники оптического излучения все равно питаются от электричества. Конечно, если пофантазировать, то можно предположить, что для работы оптического компьютера можно использовать солнечное излучение, которое при этом все равно надо будет предварительно подготовить (сделать когерентным, а также выделить определенную длину волны излучения). Однако в этом случае устройство потеряет свою автономность, ведь, когда зайдет солнце, устройство отключится. Но если серьезно, чтобы оптическое вычислительное устройство работало, нужен источник излучения, который работает без перебоев целый день. Поэтому в настоящее время реалистичной кажется концепция гибридной системы, когда источники излучения питаются от розетки, а все логические операции, работа с оптическими аналогами элементов памяти будут реализованы при помощи оптических сигналов.
— Для чего еще в будущем можно будет использовать технологии, основанные на фотонах?
— Технологии связи, основанные на фотонах, знакомы каждому из нас — оптоволоконный интернет доступен практически в каждом доме. При этом будущие области применения фотонных и особенно нанофотонных технологий гораздо шире. В ведущих мировых лабораториях ведутся исследования по устранению раковых опухолей с помощью специально подготовленных наночастиц, которые при облучении светом позволяют селективно уничтожать злокачественные клетки. Также наночастицы, взаимодействующие с фотонами, применяются для создания высокочувствительных оптических биосенсоров, управления химическими реакциями, создания сверхзащищенных меток для борьбы с подделкой товаров и т. д. Несмотря на то, что такие технологии только начинают выходить из лабораторий, у них действительно большое будущее, и в перспективе они смогут сильно изменить нашу жизнь.
— Как, на ваш взгляд, будет развиваться эта технология в дальнейшем?
— Если возвращаться к вопросу оптических компьютеров, то очевидное развитие этого направления — замена существующих электрических компонент вычислительных устройств на фотонные, а также их последующее объединение на едином оптическом чипе — аналоге существующих процессоров. Сейчас можно предположить, что в дальнейшем для решения задач, где большой объем обрабатываемой информации и скорость критичны, будут использоваться оптические компьютеры, в то время как традиционные электронные компьютеры будут применяться для персонального использования. Однако история показывает, как прогнозы о бесперспективности телефонов и компьютеров для домашнего использования, которые дал ряд экспертов на заре этих технологий, потерпели неудачу. Поэтому реальность, к которой приведет дальнейшая эволюция фотонных технологий, может превзойти даже очень смелые предположения.
Источник: https://www.kommersant.ru/doc/6296566
Не могу найти старое смешное видео про новенький ПК
Помогите найти видео где мужчина решил приобрести новенький ПК и пока вёз его до дома, тот устарел. Прикол старый как мир, но до сих пор очень актуален.
Вы хотите головоломок?
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!
Поздравьте с первым эфиром на радио! Поговорили с Андреем Бычковым об истории компьютеров
4 февраля меня пригласили на передачу «Учёный свет» на радио «Говорит Москва». Там уже раньше выступали другие сотрудники Политехнического, так что я, можно сказать, отправился по проторенной дорожке. Но всё равно волновался и допустил несколько неточностей, хотя в целом, мне кажется, разговор получился содержательным. Кому удобнее, можно скачать файл.
История вычислительных машин — тема не самая распиаренная. Я периодически читаю про это лекции и спрашиваю аудиторию, знакомы ли ей имена Джона фон Неймана, Говарда Эйкена, Конрада Цузе, Сергея Лебедева и др. За редчайшим исключением ответ отрицательный, причём не важно, школьники это или взрослые. А самым частым ответом на вопрос «Кто изобрёл компьютер?» оказывается «Стив Джобс».
В общем, всем, кому интересна тема, предлагаю послушать запись. А чтобы глаза не скучали, ниже я приведу фотографии упоминаемых людей и машин с временными метками, чтобы вам было проще ориентироваться. Рассказ вышел немного чересчур академичный, так что на всякий случай приоткройте форточку :-)
03:00 ENIAC — первая ЭВМ общего назначения, 1945. На переднем плане Джон Преспер Эккерт и Джон Мокли
03:30 Z3 Конрада Цузе, 1941 — релейная вычислительная машина, которую обычно считают первым компьютером
04:20 Colossus, 1943 — британская ЭВМ, предназначенная для взлома шифра Lorenz SZ
05:10 МЭСМ и М-1, 1951 — первые ЭВМ в Советском Союзе
05:30 Сергей Лебедев и Исаак Брук, конструкторы первых советских компьютеров
07:40 БЭСМ — самый быстрый компьютер в Европе на 1955 год (в эфире я оговорился, что 1953, но тогда машина ещё не получила модернизированную память)
08:20 Рутинная работа вычислителей в докомпьютерную эпоху
08:40 Рабочая тетрадь Сергея Лебедева с проектом будущей ЭВМ
11:00 Здание в Феофании, где была размещена МЭСМ
14:40 Радиолампы различных типов. В МЭСМ использовались октальные лампы — примерно такие, как третья слева
15:30 Базовые логические схемы (в данном случае на основе биполярных транзисторов, но принцип тот же)
21:00 Иллюстрация принципа работы транзистора — управлением большим током при помощи малого
25:00 «Дерево» вычислительных машин, разработанных в ИТМиВТ под руководством С. А. Лебедева и его учеников
28:00 БЭСМ-2, 1958 — серийный вариант БЭСМ. Также это первая машина, поставленная за границу (в Китай)
32:30 Перфокарты — отечественная и импортная
33:00 Электрическая пишущая машинка Consul 256 — типичное устройство ввода-вывода для компьютеров 1970-х
35:30 БЭСМ-4, 1962 — первая транзисторная машина школы Лебедева
38:40 БЭСМ-6, 1967 — первый советский суперкомпьютер
39:00 Статья о БЭСМ-6 в журнале «Огонёк»
42:20 Многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-2», 1985. Тут я невольно смешал в рассказе две машины — «Эльбрус-1К2», на которой отрабатывалась технология «Эльбруса-2», и «Эльбрус-КБ» с увеличенной разрядностью данных и адреса. Так или иначе, обе они были программно совместимы с БЭСМ-6
44:20: Выставка, посвящённая Сергею Лебедеву и его машинам, в «Открытой коллекции» Политехнического музея
P. S. Ну и главное ощущение от эфира, конечно же:
Ответ на пост «Ищу старые журналы»
А я ничего не ищу, просто хочу поделиться своей ностальгией. С этой книжки началась моя страстная любовь к компьютерам и технике в целом. Наверное это был где-то 90-91 год, когда мне ее подарили. Ребятки, какой же это был восторг, наверное с таким же ребята в 2000х читали про магию Хоггвардса. Кто бы мог подумать тогда, что этот текст я буду писать с телефона, мощности которого превышают топовые компьютеры тех лет. И до сих пор, какая бы жопа не творилась вокруг, я каждый раз нахожу повод порадоваться, что живу именно сейчас, на острие прогресса человечества, и имею счастье наблюдать, хотя бы издалека и со стороны, за всеми удивительными достижениями науки и техники. Читать любые книги, а не сидеть в библиотеке, видеть друг друга за многие тысячи километров, а не теряться на расстоянии пары сотен, слушать музыку, которая вчера только появилась в другой стране. Многое из того, что считалось когда-то волшебством сегодня наша обыденность. И спасибо этой книжке за то, что пробудила во мне это восхищение. Только бы мы, человечество, все это бездарно не просрали в пару нажатий кнопок...
Пикабу в музее криптографии
В Москве появился новый и очень классный музей — Музей криптографии. Для всех желающих он откроется завтра, 21 декабря, но мне посчастливилось попасть на «закрытое открытие», которое прошло в эту субботу. Поэтому — немного эксклюзивных фоток для родной пикабушечки!
Даже если вас не интересуют вопросы информационной безопасности, а с математикой вы ещё в школе договорились жить раздельно, музей всё равно стоит посетить как минимум потому, что он красиво и эффектно оформлен.
В одном из залов можно найти базу утёкших паролей, напечатанную в виде бумажных книг:
И дабы никто не обвинил меня в кликбейтности заголовка, вот вам доказательство: Пикабу в музее действительно есть! Кажется, кто-то побежит менять пароль от аккаунта.
Целая стена, собранная из частей старых компьютеров, посвящена фактам из истории интернета.
А вот экспонат, иллюстрирующий тщетность моих попыток разбогатеть: самый медленный в мире майнер биткойнов на базе старого калькулятора, который едва ли заработает хоть один доллар за тысячу лет.
Экспозиция разделена на несколько периодов, и тот из них, что отражает современность, оформлен в духе старого доброго киберпанка.
Некоторые объясняющие видео стилизованы под восьмибитные игры.
А для тех, кому всё это покажется слишком модным и молодёжным, есть классические музейные уголки — например, воссозданные кабинеты Клода Шеннона и Владимира Котельникова, не последних людей в криптографии.
Хронология рассказа выстроена в обратном порядке: от современности мы движемся в глубь веков. Вот тёплый ламповый «Урал» — компьютер первого поколения, старейшая из сохранившихся советских ЭВМ. Она могла выполнять целых 100 операций в секунду!
Цифр в музее столько, что лишние начинают высыпаться на пол.
Целый зал посвящён знаменитой «Энигме» и процессу её взлома. Есть там и рабочая реплика машины, с помощью которой можно отправлять собственные зашифрованные послания.
Радует, что далеко не все объясняющие экспонаты представляют собой экраны с видео. Много и «физических» объектов, с которыми можно взаимодействовать.
Есть и абстрактные инсталляции, задача которых — просто создавать настроение. Вот, например, целый город из старых компьютерных плат. Wake up, Samurai! We have a city to burn!
Так и хочется перепеть старую французскую песенку — «Пароли, пароли, пароли...»
А вот это — инсталляция, посвящённая идее, что в двоичной записи числа «пи» теоретически можно встретить любую информацию. На механические табло выводятся найденные в бесконечном ряду цифр осмысленные слова. Кажется, я теперь знаю, как будет называться наша с друзьями общая беседа в телеграме.
На самом деле я нащёлкал несколько сотен фотографий, но выкладывать их все нет никакого смысла — лучше сходите в музей и посмотрите всё своими глазами. Если что, мне за рекламу не платят, я не сотрудник музея, я лишь консультировал его по нескольким вопросам) Но я знаю, что его делали хорошие и увлечённые люди, и мне хочется, чтобы их труд был оценён по достоинству. А лучшая оценка для музея — это неиссякающий поток посетителей.
Адрес: Ботаническая ул., д. 25 стр. 4 (м. Владыкино, ВДНХ). Сайт музея
Скажу по секрету — пока ещё не все экспонаты полностью готовы и отлажены. Так что если вы придёте через месяц или два, то наверняка найдёте ещё больше интересного. Но и в нынешнем виде на детальное изучение всей экспозиции, по моим прикидкам, нужно часов пять–семь. Так что рекомендую для первого посещения выбрать отдельную тему или исторический период, чтобы не получилось передозировки информацией. А то заботливого Морфеуса, который вытащит вас из Матрицы, рядом может и не оказаться.
Мозг - не компьютер
Основано на статье - https://www.theguardian.com/science/2020/feb/27/why-your-bra...
У Анахорет есть телеграм - https://t.me/anahoretcomics
Советские роботы в промышленности, вторая часть. Улучшил чёткость видео 1986 года
Всем привет!
По результатам голосования в группе выкладываю вторую часть про промышленных роботов в Советском Союзе. Если кому-то интересно увидеть еще что-либо подобное -всегда буду рад услышать ваши варианты.
Если не видели первую часть, то вот она - Видео 1986 года о промышленных роботах в СССР (Колоризация+улучшение четкости)
Это цветная версия ролика, черно-белая доступна в телеге: https://telete.in/okte4/
Ютуб: http://www.youtube.com/channel/UCl0Q3PGfV81qUpX4Bg7GrLg
Буду рад всех видеть!
Что надо успеть за выходные
Выспаться, провести генеральную уборку, посмотреть все новые сериалы и позаниматься спортом. Потом расстроиться, что время прошло зря. Есть альтернатива: сесть за руль и махнуть в путешествие. Как минимум, его вы всегда будете вспоминать с улыбкой. Собрали несколько нестандартных маршрутов.