Ένα chip που σκέφτεται σαν εγκέφαλος — σε θερμοκρασία διαστήματος

Φαντάσου ένα computer chip που δουλεύει σε θερμοκρασίες τόσο ακραίες που η Ανταρκτική μοιάζει με παραλία. 10 millikelvin. Δηλαδή κλάσματα βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν — τον πάτο του ψυχρού που μπορεί να υπάρξει στο σύμπαν.

Το τρελό εδώ είναι άλλο: αυτό το chip μιμείται τον τρόπο που λειτουργούν τα εγκεφαλικά κύτταρα. Κάνει "σπάικς" όπως οι νευρώνες, αλλά είναι φτιαγμένο από καρβίδιο του πυριτίου — το ίδιο υλικό που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ έδειξαν ότι ένα μόνο τρανζίστορ μπορεί να αναπαράγει αυτή την εγκεφαλική συμπεριφορά.

Το πρόβλημα που ταλαιπωρεί τους κβαντικούς υπολογιστές

Οι κβαντικοί υπολογιστές υποτίθεται είναι απίστευτα ισχυροί, σωστά; Μα η βρώμικη αλήθεια είναι άλλη: τα συστήματα ελέγχου τους είναι χάλια.

Τα qubits — η κβαντική εκδοχή των bits — χρειάζονται τεράστιο κρύο για να δουλέψουν. Όμως τα ηλεκτρονικά που τα ελέγχουν; Παράγουν τεράστια θερμότητα.

Τι κάνουμε λοιπόν; Απομακρύνουμε τα συστήματα ελέγχου από τον επεξεργαστή. Βάζουμε χιλιόμετρα καλωδίωσης ενδιάμεσα. Αυτό δεν είναι απλώς άβολο — είναι το βασικό εμπόδιο για να φτιάξουμε μεγαλύτερους και ισχυρότερους κβαντικούς υπολογιστές.

Η λύση ίσως ήρθε

Ο καθηγητής Yuhao Zhang και η ομάδα του ανακάλυψαν κάτι ενδιαφέρον. Όταν ψύχουν τρανζίστορ MOSFET από καρβίδιο πυριτίου κάτω από 2 Kelvin, το υλικό δείχνει αυτό που λέμε "αρνητική διαφορική αντίσταση". Τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να συμπεριφέρονται έτσι που το τρανζίστορ μιμείται τα νευρωνικά σπάικς — τα ίδια που κάνει ο εγκέφαλός σου, αλλά με ελάχιστη ενέργεια.

Το καλύτερο; Δεν χρειάζεται το chip να παράγει τη δική του θερμότητα για να δουλέψει. Η συμπεριφορά πηγάζει από τις ατομικές ιδιότητες του υλικού. Είναι σταθερή και αναπαράξιμη.

"Χρησιμοποιώντας τη μοναδική δυναμική φορέων στο καρβίδιο πυριτίου, μπορούμε να φτιάξουμε κυκλώματα χιλιάδες φορές πιο αποδοτικά από τα συμβατικά ηλεκτρονικά."

Χιλιάδες φορές. Άφησέ το αυτό να καθίσει.

Γιατί έχει σημασία αυτό;

Το καρβίδιο πυριτίου είναι ήδη mainstream. Χρησιμοποιείται μαζικά σε ηλεκτρικά οχήματα και δίκτυα ηλεκτροδότησης. Αυτό σημαίνει ότι τα cryogenic chips θα μπορούσαν να κατασκευαστούν σε υπάρχοντα εργοστάσια, σε wafers των 300 mm. Δεν χρειάζεται να χτίσουμε τίποτα καινούργιο από το μηδέν.

Οι ερευνητές έδειξαν επίσης ότι αυτοί οι τεχνητοί νευρώνες μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους σε δίκτυα. Φαντάσου τι σημαίνει αυτό: επεξεργασία δεδομένων απευθείας σε κρυογεννητικές θερμοκρασίες.

Η εφαρμογή που με ενθουσιάζει περισσότερο

Η διαστημική εξερεύνηση.

Αυτά τα κυκλώματα είναι σχεδιασμένα να δουλεύουν αξιόπιστα σε ακραία ψυχρά περιβάλλοντα. Στην επιφάνεια της Σελήνης, στις παγωμένες άκρες του ηλιακού μας συστήματος. Μελλοντικές διαστημικές αποστολές και rovers θα μπορούσαν να έχουν υπολογιστικά συστήματα που ευδοκιμούν εκεί όπου τα σημερινά ηλεκτρονικά απλά θα πέθαιναν.

Τι ακολουθεί

Είμαστε ακόμα στην αρχή. Η έρευνα μόλις δημοσιεύτηκε και υπάρχει πολύ μηχανική δουλειά μπροστά. Αλλά η θεμελιώδης ανακάλυψη — ότι μπορούμε να φτιάξουμε ενεργειακά αποδοτικά, εγκεφαλόμορφα κυκλώματα που λειτουργούν κοντά στο απόλυτο μηδέν, χρησιμοποιώντας υλικά που ήδη παράγουμε μαζικά — αυτό έχει βάρος.

Το quantum computing μιλούσε για "κλιμάκωση" χρόνια. Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν αυτό ακριβώς: η θερμότητα και η καλωδίωση. Αν αυτή η προσέγγιση μπορεί να ενσωματώσει τα ηλεκτρονικά ελέγχου δίπλα στους κβαντικούς επεξεργαστές, ίσως κοιτάζουμε έναν δρόμο προς κβαντικά συστήματα πολύ μεγαλύτερα και ισχυρότερα από ό,τι νομίζαμε εφικτό.

Αυτό με ενθουσιάζει αρκετά.

Εσύ τι λες; Σε τραβάει περισσότερο η κρυογεννητική υπολογιστική ή η ιδέα του "εγκεφάλου σε chip"; Γράψε στα σχόλια — θέλω να μάθω τι σας εντυπωσίασε περισσότερο από αυτή την έρευνα.