Vedci z University of Hong Kong (HKU) a centra CASIC predstavili programovateľnú neuromorfnú hardvérovú platformu, ktorá funguje pri teplotách blízkych absolútnej nule a podľa nich môže pomôcť odstrániť jednu z hlavných prekážok pri škálovaní kvantových počítačov. Výsledok zároveň otvára možnosti aj pre elektroniku určenú do hlbokého vesmíru.
Snímka zobrazuje: earth, planet, atmosphere, space, cosmos, globe, astronomy, cosmic, clouds, nature, science, global, universe, space wallpaper, black earth, black.
Tím z Department of Electrical and Computer Engineering na Faculty of Engineering v HKU a z Centre for Advanced Semiconductors and Integrated Circuits (CASIC) svoj prístup opísal v časopise Nature Communications v článku s názvom „Cryogenic neuromorphic circuits using gate-controlled negative differential resistance in silicon carbide“. Jadrom práce je kryogénny neuromorfný hardvérový systém postavený na silikónkarbide, ktorý sa dá programovať aj pri extrémne nízkych teplotách.
Pre kvantové počítače je dôležitá najmä schopnosť fungovať s riadiacou elektronikou v prostredí, kde sa zariadenia musia chladiť takmer na absolútnu nulu. Pri rozširovaní týchto systémov totiž často naráža na problém, že bežná elektronika pri takýchto podmienkach nepracuje spoľahlivo alebo nie je dostatočne úsporná. Práve tu má mať nový hardvér praktický význam.
Zároveň ide o príklad toho, ako sa neuromorfný prístup, teda elektronika inšpirovaná fungovaním nervovej sústavy, dá prispôsobiť veľmi špecifickému prostrediu. V tomto prípade nejde o klasický počítačový procesor pre každodenné použitie, ale o komponent, ktorý môže byť užitočný tam, kde je potrebné spracovanie signálov pri extrémnom mraze a s minimálnymi nárokmi na energiu.
Prečo je kryogénna elektronika pre kvantové počítače dôležitá
Kvantové počítače pracujú v režime, ktorý si vyžaduje mimoriadne nízke teploty. To komplikuje aj návrh okolitých elektronických obvodov, ktoré musia riadiť, čítať a stabilizovať kvantové bity bez toho, aby zbytočne zvyšovali teplotu alebo spotrebu. Ak sa má kvantový hardvér škálovať na väčšie systémy, práve táto podporná elektronika sa stáva jedným z úzkych miest.
Z toho dôvodu sa výskum neobmedzuje len na samotné kvantové čipy. Rovnako dôležité sú aj obvody, ktoré dokážu pracovať v rovnakom chlade a pritom zostať dostatočne spoľahlivé. Nový prístup z HKU a CASIC sa podľa dostupných informácií zameriava presne na túto vrstvu infraštruktúry.
Čo znamená neuromorfný hardvér v praxi
Neuromorfná elektronika sa snaží napodobniť niektoré princípy činnosti mozgu, najmä schopnosť spracúvať informácie efektívne a paralelne. V praxi to znamená, že takýto hardvér môže byť zaujímavý tam, kde tradičné architektúry narážajú na limity spotreby, rýchlosti alebo adaptácie.
Snímka zobrazuje: new year background, galaxy, 4k wallpaper, star, cool backgrounds, wallpaper 4k, infinity, wallpaper hd, cosmos, dark, free background,.
V prostredí hlbokého chladu sa táto vlastnosť môže ukázať ako výhoda. Ak obvod funguje pri veľmi nízkej teplote a zároveň sa dá programovať, môže byť vhodný pre systémy, ktoré potrebujú lokálne spracúvať signály bez komplikovanej a energeticky náročnej podpory z externých jednotiek. To je dôležité nielen pri kvantových platformách, ale aj pri ďalších špecializovaných zariadeniach.
Prečo je materiál silikónkarbid zaujímavý
Silikónkarbid je v oblasti výkonovej a špecializovanej elektroniky známy tým, že zvláda náročné prevádzkové podmienky. V tomto prípade sa ukázal ako vhodný základ pre kryogénny neuromorfný obvod, ktorý využíva gate-controlled negative differential resistance. Pre laika to znamená, že obvod má špecifické elektrické správanie, ktoré umožňuje riadiť jeho funkciu aj v extrémnych podmienkach.
Pre vedcov a inžinierov je dôležité najmä to, že nejde len o laboratórnu kuriozitu. Ak sa podobné komponenty dajú ďalej rozvíjať, môžu poslúžiť ako stavebný prvok nových typov riadiacej elektroniky pre prostredia, kde bežné polovodiče nestačia.
Kde môže mať technológia využitie mimo laboratória
Zdroj spomína aj potenciál pre deep-space exploration. To dáva zmysel, pretože elektronika určená do vesmíru musí často fungovať v prostredí s extrémnymi teplotami, obmedzenou energiou a vysokými nárokmi na spoľahlivosť. V takých podmienkach sa hľadajú riešenia, ktoré sú úsporné, odolné a čo najviac samostatné.
Snímka zobrazuje: starry sky, cool backgrounds, night sky, stars, night, beautiful wallpaper, free background, beautiful nature, full hd wallpaper, sky, laptop.
V širšom kontexte ide o typ technológie, pri ktorej sa hodnotí nielen výkon, ale aj stabilita v náročnom prostredí. Ak sa podarí zachovať tieto vlastnosti aj pri ďalšom vývoji, môže mať takýto hardvér význam pre vesmírne sondy, vedecké prístroje či špecializované meracie systémy.
Čo zatiaľ nevieme a čo bude rozhodujúce ďalej
Z dostupných informácií vyplýva, že tím predstavil platformu a jej potenciál, nie hotové komerčné riešenie. Ďalší význam bude závisieť od toho, či sa systém podarí rozšíriť, stabilne integrovať do väčších zostáv a overiť v reálnych podmienkach, ktoré sa blížia k využitiu v kvantových počítačoch alebo vo vesmíre.
Snímka zobrazuje: cosmos, night sky, milky way, night, sky, stars, space wallpaper, space background, nature, space.
Pri podobných technológiách býva rozhodujúce aj to, ako si poradia s výrobou, spoľahlivosťou a škálovaním. Práve tieto kroky určia, či zostane nový kryogénny hardvér najmä laboratórnym úspechom, alebo sa stane súčasťou širšej generácie elektroniky pre extrémne prostredia.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
