Ученые синхронизировали 105 000 наноконцентраторов за 45 наносекунд — шаг к энергоэффективной и быстрой альтернативе транзисторам
Исследователи продемонстрировали значительный прогресс в области вычислений на основе осцилляторов. В ходе эксперимента была достигнута синхронизация массива из 105 000 наноконцентраторов всего за 45 наносекунд, причем с минимальными энергозатратами. Эта технология рассматривается как перспективная альтернатива традиционным транзисторам.
В основе эксперимента лежит сетка из микроскопических магнитов размером от 10 до 20 нанометров. После возмущения система самостоятельно синхронизировалась за 45 наносекунд, используя только собственный спиновый момент электронов. Процесс аналогичен распространению волн на поверхности воды. Количество использованных осцилляторов превышает показатели предыдущих демонстраций (где применялось лишь 64 элемента) почти в тысячу раз, что подтверждает масштабируемость технологии. Время синхронизации практически не зависело от увеличения количества элементов: при работе с 100 осцилляторами оно составляло 10 наносекунд, а при расширении до 105 000 увеличилось лишь до 45 наносекунд.
Такие массивы способны решать задачи определенного класса, которые могут быть представлены в виде распространяющихся волн. К таким задачам относятся статистические вычисления, аппроксимация и распознавание образов. В исследовательской статье упоминается возможность реализации машин Изинга и резервуарных вычислений с использованием таких сеток. В будущем эти структуры могут стать программируемыми за счет управления частотой, фазой и силой связи между осцилляторами. Результат вычислений считывается путем измерения состояния синхронизации всей сетки.
Практические применения технологии включают высокоскоростные коммуникационные сети, финансовое и научное моделирование, аналитику данных в реальном времени и ускорение искусственного интеллекта. Исследователи отмечают, что такие массивы способны работать на частотах порядка десятков гигагерц с относительно низким энергопотреблением. Время стабилизации в 45 наносекунд для всей сетки сравнимо со временем, которое требуется обычному процессору для выполнения одного вычисления над целой матрицей данных.
В отличие от квантовых компьютеров, требующих сложных систем коррекции ошибок для поддержания когерентности, массив осцилляторов генерирует четкий сигнал после достижения стабильного состояния. Добротность экспериментальной установки превысила один миллион, что означает высокую определенность частоты результирующей волны и простоту ее считывания. Этот эффект сравнивается с точным тоном, издаваемым камертоном. Подробная информация доступна в опубликованной научной статье.
Поделиться
