پژوهشگران دانشگاه هنگ‌کنگ با الهام از ساختار مغز انسان، تراشه‌ای نوین ساخته‌اند که می‌تواند در دمایی نزدیک به صفر مطلق (حدود ۱۰ میلی‌کلوین) فعالیت کند. این دستاورد که در حوزه الکترونیک برودتی ارائه شده، می‌تواند چالش‌های کلیدی رایانه‌های کوانتومی را برطرف کرده و راه را برای مأموریت‌های فضایی عمیق نیز هموار کند.
چگونه یک ترانزیستور به نورون مغز تبدیل می‌شود؟
تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور یوهائو ژانگ و شین یانگ، از ترانزیستور استاندارد کاربید سیلیکون (SiC MOSFET) به شیوه‌ای کاملاً جدید استفاده کرده‌اند. آن‌ها با ایجاد و کنترل «مقاومت دیفرانسیلی منفی» در این ترانزیستور، موفق شدند رفتاری شبیه به نورون‌های زیستی ایجاد کنند. در این روش، یک ترانزیستور منفرد می‌تواند پالس‌های الکتریکی همانند «اسپایک»های مغز انسان تولید کند؛ در حالی که مصرف انرژی آن به‌طور چشمگیری پایین است.
نقش این تراشه در حل مشکل اصلی رایانه‌های کوانتومی
رایانه‌های کوانتومی برای کار با کیوبیت‌ها به سیستم‌های کنترل الکترونیکی پیچیده‌ای نیاز دارند. کیوبیت‌ها بسیار حساس هستند و باید در دمای میلی‌کلوین نگهداری شوند. سیستم‌های سیلیکونی فعلی در این دما توان مصرفی بالایی دارند و گرمای اضافه تولید می‌کنند؛ بنابراین ناچارند دور از کیوبیت‌ها قرار گیرند که این موضوع سیم‌کشی‌های زیادی را ایجاد کرده و توسعه رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ را دشوار می‌کند. تراشه جدید می‌تواند دقیقاً در کنار پردازنده کوانتومی قرار گیرد و با مصرف انرژی بسیار کمتر، این مشکل را حل کند.
کاربردهای آینده؛ از فضا تا هوش مصنوعی
این فناوری علاوه بر رایانه‌های کوانتومی، می‌تواند در مأموریت‌های فضایی عمیق که دماهای بسیار پایین رایج است نیز کاربرد داشته باشد. به گفته پژوهشگران، پلتفرم سخت‌افزاری نورومورفیک جدید قادر است محاسبات مبتنی بر هوش مصنوعی را در دماهای برودتی با بازدهی بالا انجام دهد. برخی از مزیت‌های کلیدی این دستاورد عبارت‌اند از:
- قابلیت کار در دمای ۱۰ میلی‌کلوین (نزدیک صفر مطلق)
- تولید رفتار نورونی «اسپایک» با یک ترانزیستور منفرد
- مصرف انرژی هزاران بار کمتر نسبت به سیستم‌های فعلی
- امکان هم‌جاسازی با پردازنده‌های کوانتومی و کاهش سیم‌کشی‌های پیچیده
- استفاده از ترانزیستور استاندارد صنعتی کاربید سیلیکون بدون نیاز به مواد جدید
پرسش‌های پرتکرار
این تراشه چه تفاوتی با تراشه‌های معمول دارد؟
این تراشه از یک ترانزیستور کاربید سیلیکون استاندارد به‌گونه‌ای استفاده می‌کند که بتواند در دمای نزدیک صفر مطلق رفتار نورونی از خود نشان دهد. برخلاف تراشه‌های معمول که در دمای اتاق کار می‌کنند، این تراشه برای دماهای برودتی طراحی شده و مصرف انرژی بسیار کمی دارد.
چرا این دستاورد برای رایانه‌های کوانتومی مهم است؟
رایانه‌های کوانتومی برای کنترل کیوبیت‌ها به الکترونیک کنترلی نیاز دارند که فعلاً به دلیل تولید گرما باید دور از کیوبیت‌ها قرار بگیرد. این تراشه می‌تواند در همان دمای کیوبیت‌ها کار کند و در کنار آن‌ها قرار گیرد؛ این یعنی سیم‌کشی کمتر، کارایی بالاتر و امکان ساخت رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ‌تر.
