Учените синхронизираха 105 000 наноосцилатора само за 45 наносекунди, проправяйки пътя за високоефективна и бърза алтернатива на транзисторите

„Изчисленията на базата на осцилатори“ е термин, който не се споменава често в медиите, но тази област на изчислителната техника се развива и изглежда многообещаваща. Последната впечатляваща разработка е резултат от експеримент, при който учените са успели да синхронизират 105 000 наноосцилатора само за 45 наносекунди, като според данните са използвали съвсем малко енергия.

Казано с прости думи, цялата мрежа от миниатюрни магнити, след като беше подложена на външно въздействие, се синхронизира напълно в рамките на 45 ns, като за целта се използваше единствено присъщият спин на магнитите — представете си вълнички по повърхността на водата. Всеки осцилатор е с диаметър 10–20 nm, а резултатът от 105 000 осцилатора представлява почти 1000-кратно подобрение в сравнение с предишната демонстрация с 64 осцилатора, което доказва, че технологията може да се мащабира.

В този нов експеримент времето за синхронизация се увеличи съвсем малко с добавянето на допълнителните осцилатори: то беше 10 нс при 100 осцилатора и се повиши само до 45 нс при 105 000.

За изчислителната техника това означава, че мрежите могат да решават определени класове задачи, които се поддават на представяне чрез пряко или непряко разпространяващи се вълни. В общи линии, почти всичко, свързано с вълни, статистика, приближения и разпознаване на модели, е подходящо. В статията се споменават машините на Изинг и резервоарното изчисление като технологии, които могат да бъдат реализирани чрез мрежи от осцилатори. В даден момент мрежите биха могли да станат програмируеми чрез манипулиране на честотите, фазите и силата на свързване на осцилаторите. Резултатът след това се отчита чрез измерване на това как мрежата достига до синхронизирано състояние.

Огромни предимства за изкуствения интелект

Изхождайки от това, практичните приложения включват високоскоростни комуникационни мрежи, финансово и научно моделиране, анализ на данни в реално време и дори ускоряване на изкуствения интелект. В научната статия изрично се отбелязва, че мрежите биха могли да работят при честоти от десетки GHz и да консумират сравнително малко енергия при това. Времето от 45 наносекунди, необходимо за стабилизиране на мрежата от осцилатори, би било приблизително равно на времето, необходимо на един обикновен процесор да извърши едно изчисление върху цяла матрица.

За разлика от квантовите изчисления, които изискват обширна и сложна корекция на грешките за поддържане на кохерентността, матрицата от осцилатори генерира изключително ясен сигнал, след като се стабилизира. Коефициентът на качество на експеримента с осцилаторите беше над един милион, което означава, че честотата на получената вълна беше ясно определена и лесна за отчитане — представете си точния тон, излъчван от камертон.

Този научен успех е ясен знак, че ерата на чистия силициев транзистор постепенно ще отстъпи място на по-умни, аналогови и вдъхновени от природата технологии.