به گزارش خبرگزاری ایمنا، گروهی از محققان دانشگاه هنگکنگ از توسعه نوعی سختافزار الهامگرفته از مغز انسان خبر دادهاند که قادر است در دماهای فوقالعاده پایین و نزدیک به صفر مطلق فعالیت کند. این فناوری جدید میتواند نقش مهمی در حل چالشهای فعلی رایانههای کوانتومی ایفا کند؛ سامانههایی که برای عملکرد صحیح به محیطی بسیار سرد نیاز دارند.
این پروژه توسط «یوهائو ژانگ»، استاد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه هنگکنگ، و «شین یانگ»، دانشجوی دکتری این دانشگاه هدایت شده است. محققان در این پژوهش موفق شدند با استفاده از ترانزیستورهای استاندارد مبتنی بر کاربید سیلیکون (SiC) روشی جدید برای شبیهسازی رفتار نورونهای مغز انسان ارائه دهند.
نورون مصنوعی در یک ترانزیستور
بر اساس نتایج این تحقیق، پژوهشگران توانستهاند برای نخستینبار یک ترانزیستور منفرد را به گونهای طراحی کنند که همچون نورونهای زیستی، پالسهای الکتریکی یا «اسپایک» تولید کند. نکته قابل توجه این است که این عملکرد در دمایی حدود ۱۰ میلیکلوین، یعنی تنها اندکی بالاتر از صفر مطلق، امکانپذیر شده است.
صفر مطلق پایینترین دمای ممکن در طبیعت محسوب میشود و برابر با منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد است. بسیاری از رایانههای کوانتومی برای حفظ پایداری کیوبیتها، واحدهای پردازشی کوانتومی، به چنین دماهای بسیار پایینی نیاز دارند.
چالش بزرگ رایانههای کوانتومی
یکی از مشکلات اصلی رایانههای کوانتومی، نیاز به سامانههای کنترلی پیچیده است. تجهیزات الکترونیکی متداول که وظیفه کنترل و مدیریت کیوبیتها را بر عهده دارند، انرژی نسبتاً زیادی مصرف میکنند و گرمای ناخواسته تولید میکنند. به همین دلیل این تجهیزات معمولاً در فاصلهای دور از پردازندههای کوانتومی قرار میگیرند.
این فاصله موجب افزایش حجم سیمکشی، پیچیدگی طراحی و محدودیت در توسعه رایانههای کوانتومی بزرگتر میشود. پژوهشگران معتقدند تراشه جدید میتواند بخشی از این مشکل را برطرف کند؛ زیرا مصرف انرژی بسیار پایینتری نسبت به مدارهای الکترونیکی رایج دارد و میتواند در همان محیط فوقسرد مورد نیاز پردازندههای کوانتومی فعالیت کند.
ژانگ در این باره میگوید: «ما بستری سختافزاری توسعه دادهایم که قابلیت استقرار در کنار پردازندههای کوانتومی را دارد. استفاده از ویژگیهای خاص کاربید سیلیکون میتواند مصرف انرژی را هزاران برابر کمتر از سامانههای متداول کند و بار حرارتی واردشده به تجهیزات سرمایشی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.»
ویژگی منحصربهفرد کاربید سیلیکون
محققان در جریان آزمایشها دریافتند ترانزیستورهای کاربید سیلیکون در دماهای کمتر از دو کلوین رفتاری ویژه از خود نشان میدهند که به آن «مقاومت تفاضلی منفی» گفته میشود. این پدیده برخلاف فناوریهای مشابه، وابسته به گرمای تولیدشده درون تراشه نیست و مستقیماً از ویژگیهای اتمی ماده ناشی میشود.
همین موضوع موجب شده عملکرد تراشه از پایداری بالایی برخوردار باشد و امکان تولید آن در مقیاس صنعتی فراهم شود. از آنجا که کاربید سیلیکون هماکنون در صنایع مختلف از جمله خودروهای برقی و شبکههای انتقال برق کاربرد گستردهای دارد، زیرساختهای لازم برای تولید انبوه این تراشهها نیز از قبل وجود دارد.
فراتر از رایانههای کوانتومی
پژوهشگران همچنین نشان دادهاند که این نورونهای مصنوعی میتوانند به یکدیگر متصل شده و شبکههای بزرگتری را تشکیل دهند. چنین قابلیتی امکان پردازش داده در دماهای بسیار پایین را فراهم میکند و میتواند در وظایفی همچون اصلاح خطاهای کوانتومی و کنترل لحظهای پردازندههای کوانتومی کاربرد داشته باشد.
با این حال، کاربردهای این فناوری تنها به رایانش کوانتومی محدود نمیشود. از آنجا که مدارهای جدید برای فعالیت در محیطهای فوقالعاده سرد طراحی شدهاند، میتوان از آنها در مأموریتهای فضایی آینده نیز بهره گرفت. شرایط سخت و سرد سطح ماه یا مناطق دوردست منظومه شمسی از جمله محیطهایی هستند که این تراشهها میتوانند در آنها عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
گامی مهم به سوی نسل بعدی محاسبات
نتایج این پژوهش که در نشریه علمی Nature Communications منتشر شده است، نشان میدهد ترکیب فناوریهای الهامگرفته از مغز انسان با مواد نیمهرسانای پیشرفته میتواند مسیر جدیدی را برای توسعه رایانههای کوانتومی مقیاسپذیر و سامانههای الکترونیکی کممصرف باز کند. کارشناسان معتقدند این دستاورد میتواند یکی از حلقههای مفقوده میان سختافزارهای سنتی و نسل آینده پردازشگرهای کوانتومی را تکمیل کند.
نظر شما