0 |
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Боулдере (штат Колорадо), Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA и Ланкастерского университета (Великобритания) смогли изготовить сверхпроводящий тепловой переключатель, способный преобразовывать низковольтные входные сигналы в пригодные для полупроводниковых схем выходные сигналы. В статье, вышедшей по результатам работы в журнале Nature Electronics, авторы продемонстрировали возможности использования своего коммутатора для сопряжения сверхпроводников и полупроводников, применив его для управления светодиодом в фотонной интегральной схеме.
«В нашем исследовании мы пытаемся сконструировать аппаратные нейроны с широчайшими возможностями масштабирования, — рассказал в интервью один из участников проекта, Адам МакКоган (Adam McCaughan). — Соизмеримый с (человеческим) мозгом нейроморфный компьютер должен иметь триллионы нейронов и квинтиллионы соединений, а для этого требуются чрезвычайная энергоэффективности коммуникаций между нейронами. Именно поэтому мы решили скомбинировать в нейронах сверхпроводники и оптоэлектронику». Сверхпроводники обеспечивают нужную сверхэкономичность, тогда как оптоэлектроника берет на себя общение каждого отдельного нейрона с тысячами его собратьев.
«Одна из причин исключительной энергоэффективности сверхпроводников заключается в использовании ими очень слабых сигналов, с напряжением примерно в тысячу раз меньше, требующегося в кремнии, — сказал МакКоган. — Обратной стороной такой эффективности являются проблемы обмена сигналами с кремниевой оптоэлектроникой, поэтому нам требовалось найти способ преобразования сверхпроводящего выхода во вход кремниевого уровня».
В коммутаторе, изобретённом командой МакКогана, для такого преобразования используется сверхпроводящий фазовый переход — от одного состояния материи к другому. Основная деталь устройства это сверхпроводящий нанопровод с двумя фазами: квантовой сверхпроводящей и резистивной. При включении генерируется тепло в виде фононов. Это тепло разрушает сверхпроводящую фазу и переводит проводник в состояние с ненулевым электрическим сопротивлением.
Подсоединив тепловой коммутатор к светодиоду в фотонной интегральной схеме, учёные смогли генерировать фотоны при температуре в один кельвин и обнаруживать их с помощью встроенного в чип сверхпроводящего однофотонного детектора.
В будущем этот сверхпроводящий коммутатор пригодится при разработке более совершенных квантовых компьютеров, поскольку многие из таких систем потребуют интеграции сверхпроводящих устройств с кремниевыми схемами управления и контроля. МакКоган и его коллеги в настоящее время планируют в сотрудничестве с TENNLab при университете Теннесси встроить свое устройство в нейроны, чтобы пронаблюдать результирующее взаимодействие между отдельными нейронами.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
0 |