En databrikke som tenker som hjernen din – og jobber i iskaldt vacuum

Forestill deg en databrikke som er så kald at selv Antarktis føles som en stranddag. Vi snakker om 10 millikelvin. Det er brøkdelen av en grad over absolutt nullpunkt – det kaldeste som finnes i universet.

Det sprø? Denne brikken oppfører seg faktisk som hjernen din.

Forskere ved University of Hong Kong har vist at en eneste transistor av silisiumkarbid kan etterligne hjernens nerveaktivitet ved disse ekstreme temperaturene. Brikken "pulserer" som nerveceller gjør, men er laget av det samme materialet som brukes i kraftelektronikk for elbiler.

Kvantedatamaskinenes skjulte problem

La meg forklare et problem som har plaget forskere i årevis.

Kvantedatamaskiner skal være utrolig kraftfulle. Men her er hemmeligheten: kontrollsystemene som får dem til å virke, er rotete.

Qubits – kvantedatamaskinenes versjon av vanlige biter – må holdes millikelvin-kalde for å fungere. Men elektronikken som styrer disse qubitsene? Den produserer varme. Mye varme.

Derfor må kontrollsystemene i dag sitte langt unna selve kvanteprosessoren. Tenk separate kjøleskap. Dette betyr miles med kabler som kobler alt sammen. Det er ikke bare upraktisk – det er en flaskehals som setter en grense for hvor store og kraftfulle kvantedatamaskiner vi kan bygge.

Det som kan endre alt

Professor Yuhao Zhang og teamet hans oppdaget noe interessant. Når silisiumkarbid-MOSFET-er kjøles under omtrent 2 Kelvin, skjer det noe spesielt. Materialet viser det som kalles "negativ differensial motstand" – elektronene begynner å oppføre seg på en måte som lar transistoren etterligne hjernens energieffektive nerveimpulser.

Det beste? Transistoren trenger ikke generere egen varme for å virke. Oppførselen kommer direkte fra materialets atomære egenskaper. Det betyr stabil og reproduserbar funksjon.

"Ved å bruke silisiumkarbidens unike egenskaper kan vi lage kretser som er tusenvis av ganger mer energieffektive enn konvensjonell elektronikk."

Tusenvis av ganger. La det synke inn.

Produksjon uten nye fabrikker

Silisiumkarbid er allerede et utbredt materiale i elbiler og kraftnett. Derfor kan disse kryogene brikkene potensielt produseres ved eksisterende industriell produksjon på 300-mm wafer. Vi snakker ikke om å bygge eksotiske nye fabrikker – vi snakker om å tilpasse teknologi som allerede finnes i stor skala.

Forskerne viste også at disse kunstige neuronene kan kobles sammen i større nettverk. Det åpner for databehandling direkte ved kryogene temperaturer. Dette kan gi kvante-feilkorreksjon et kraftig løft – altså teknikkene vi bruker for å rette feil i kvanteberegninger.

Plass til utforskning

Det som virkelig getter fantasien i gang? Romfart.

Disse kretsene er designet for å virke pålitelig i brutalt kalde omgivelser. Tenk mulige anvendelser på månens overflate, eller i de fjerne hjørnene av solsystemet der temperaturene faller langt under alt vi opplever på jorden. Fremtidige romsonder og rovere kan bære datamaskiner som trives der dagens elektronikk rett og slett ville dødd.

Veien videre

Vi er fortsatt i tidlige stadier. Forskningen er nettopp publisert, og det er mye ingeniørarbeid foran oss før vi ser praktiske anvendelser.

Men det grunnleggende gjennombruddet – at vi kan lage energieffektive, hjernelignende databrikker som fungerer nær absolutt nullpunkt ved hjelp av vanlige halvledermaterialer – føles genuint viktig.

Kvantefeltet har snakket om "skalering" i årevis. En av de største hindringene har vært dette varme-og-kabel-problemet. Hvis denne tilnærmingen kan integrere kontrollelektronikk direkte ved siden av kvanteprosessorer, ser vi kanskje en vei mot langt større, mer kraftfulle kvantesystemer.

Det er ganske spennende, synes jeg.

Hva tenker du? Er det kryogen databehandling som interesserer deg, eller kanskje "hjernen-på-en-brikke"-aspektet? Skriv gjerne en kommentar – jeg er nysgjerrig på hvilke deler av denne forskningen som fanget oppmerksomheten din.