Как построить memcomputer

Исследователи из Окриджской национальной лаборатории и Университета Южной Каролины в США говорят, что они наблюдали хаотическое поведение в сегнетоэлектриках. Это неожиданное открытие, которое, как они утверждают, может привести к развитию компьютеров, напоминающих человеческий мозг.

Антон Иевлев и его коллеги использовали иглу сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), чтобы нарисовать узоры на поверхности сегнетоэлектриков. Сегнетоэлектрики обладают спонтанной электрической поляризацией, направление которой может быть обращено путем приложения электрического поля.

Прикладывая напряжение между иглой СЗМ и электрически поляризованной поверхностью ниобата лития, исследователи смогли создать точки, где поляризация изменилась на противоположную. Наличие таких точек может затем быть прочитано при прохождении иглы по поверхности в режиме силового микроскопа.

Это позволило команде сохранить бинарную информацию на поверхности: к примеру, небольшие точки представляли "0", а большие - "1". Это работало очень хорошо, когда точки были разделены расстоянием примерно 500 нм, но когда Иевлев и его коллеги пытались сократить это расстояние, произошло нечто неожиданное.

«Когда мы сократили расстояние между доменами, мы начали видеть вещи, которые должны быть совершенно невозможными, - сказал Иевлев. - Вдруг, когда мы попытались образовать домен, он не формировался или он образовывал переменный рисунок, как шахматная доска. На первый взгляд, это не имело никакого смысла. Мы думали, что когда мы формируем домен, он должен образоваться. Это не должно зависеть от окружающих доменов».

Команда также нашла, что напряжение, используемое для записи точек, и локальная влажность влияет на формирование картины.

После анализа результатов, физики поняли, что они наблюдали хаотическое поведение. «То, что один домен подавлял создание второго домена поблизости, но способствовал формированию другого вдали, является предпосылкой хаотического поведения»,- объясняет Сергей Калинин из Окриджа. Член команды Юрий Першин из Университета Южной Каролины добавляет, что такого рода поведение может быть использовано для создания «memcomputing»: новой модели вычислений, в которой используются элементы, хранящие и обрабатывающие информацию в одном месте. «Memcomputing лежит в основе того, как работает человеческий мозг. Нейроны и их связи - синапсы - могут хранить и обрабатывать информацию в том же месте», - объясняет Першин.

Некоторые из сформированных паттернов можно увидеть на представленном изображении. Две верхних строки показывают маленькие и большие точки, которые сформировались в аккуратные линии, как и ожидалось. Средний ряд показывает переменный рисунок больших и маленьких точек, которые появились, и две нижние строки представляют апериодическую картину. С информацией, закодированной в точках, логические операции выполнялись бы в соответствии с правилами, которые управляют отношениями между близлежащими и удаленными точками, как показано на картинке.

Является ли это зарождением «мемкомпьютера»?

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365