Newswise — С быстрым развитием искусственного интеллекта (ИИ) и Интернета вещей (IoT) количество оптических датчиков значительно увеличилось. Эти традиционные датчики генерируют огромные объемы неструктурированных и избыточных данных, что приводит к ненужному потреблению энергии и задержкам информации во время передачи данных в устройства хранения и вычисления. Напротив, зрительная система человека обладает эффективной и маломощной возможностью параллельной обработки, позволяющей одновременное восприятие и обработку изображений. Чтобы решить проблемы, связанные с архитектурой фон Неймана, исследователи разработали вычислительные системы с памятью на основе различных материалов, таких как 2D-материалы, материалы с фазовым переходом и сегнетоэлектрики. Однако эти системы, основанные на таких материалах, часто страдают от слабого светового отклика и большой запрещенной зоны, что требует мощных источников света для оптических вычислений, и лишь немногие из них, как сообщается, способны выполнять вычисления внутри датчика в длинноволновом инфракрасном диапазоне. В инфракрасной области восприятие ИИ играет решающую роль в различных областях, включая, помимо прочего, тепловидение, наблюдение, промышленный контроль, обнаружение газа, медицинское тепловидение, оборону и исследование космоса.

В новой статье (doi: https://doi.org/10.1038/s41377-024-01424-2), опубликованной в Световая наука и приложения группа ученых под руководством профессора Чжэнхуа Ана из Фуданьского университета, Янру Сун из Шанхайского технологического университета и их коллег разработала сверхпроводящий мемлогический датчик, который объединяет возможности инфракрасной чувствительности, сохранения памяти и реконфигурируемых логических вычислений. один инфракрасный сенсор Memlogic. Они демонстрируют одновременные четыре элемента управления этим сверхпроводящим устройством, включая оптические/электрические смещения, а также оптические/электрические импульсы, позволяющие использовать различную логику кодирования с возрастающей функциональной сложностью. Благодаря этим реконфигурируемым операциям они демонстрируют удаленную зашифрованную связь через инфракрасный порт на уровне одного устройства. Учитывая преобладание бистабильных эффектов, широкий диапазон длин волн и высокую фоточувствительность в сверхпроводниках, их концепция мемлогического зондирования, использующая сверхпроводящие фазовые переходы, демонстрирует потенциал для универсальных приложений в широком электромагнитном спектре и вплоть до квантовых уровней в различных областях, таких как машинное восприятие, дистанционное зондирование, безопасная связь и космическое обнаружение. Эти ученые резюмируют принцип работы своего датчика:

«В отличие от существующих сверхпроводящих датчиков (таких как SNSPD и TES), наше устройство работает в бистабильной области гистерезисного фазового перехода сверхпроводник-нормальный. Эту гистерезисную ВАХ часто считают помехой для работы большинства сверхпроводниковых устройств, хотя их действительно можно использовать в качестве переключателей или запоминающих устройств. Напротив, здесь мы используем преимущества поведения гистерезиса и показываем его благоприятное применение в мемлогическом оптическом распознавании».

«Чтобы преодолеть хорошо известную низкую эффективность системы обнаружения сверхпроводников в этом длинноволновом инфракрасном диапазоне, мы принимаем концепцию идеального поглотителя метаматериала, который состоит из резонансной плазмонной полости с трехслойной структурой Nb-Si-Nb». они добавили.

«Этот датчик можно интегрировать в больших масштабах, и для схемы считывания требуется всего два электрода, что крайне важно для криогенных применений. Будущие перспективы этой технологии включают применение в телекоммуникациях, сверхпроводниковых вычислениях, обработке изображений на основе искусственного интеллекта и интеллектуальных встроенных спектрометрах». прогнозируют ученые.

###

Ссылки

DOI

10.1038/s41377-024-01424-2

Исходный URL-адрес источника

https://doi.org/10.1038/s41377-024-01424-2

Информация о финансировании

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC) (12027805, 11991060), Шанхайским комитетом по науке и технологиям (18JC1420400, 20JC1414700 и 20DZ1100604), Шанхайской программой Пуцзян (№ 20PJ1410900).

О Свет: наука и приложения

Свет: наука и приложения в первую очередь будет публиковать новые результаты исследований по новейшим и новым темам оптики и фотоники, а также освещать традиционные темы оптической техники. В журнале будут публиковаться оригинальные статьи и обзоры, которые отличаются высоким качеством, вызывают большой интерес и имеют далеко идущие последствия.