Možganski čip, ki deluje blizu absolutne ničle

Ekipa strokovnjakov z oddelka za elektrotehniko in računalništvo ter centra za napredne polprevodnike in integrirana vezja (CASIC) na Univerzi v Hongkongu je poskrbela za odmeven napredek na področju napredne elektronike. Pod vodstvom profesorja Yuhaa Zhanga in doktorski študenta Xin Yanga jim je namreč uspelo razviti programirljivo nevromorfno strojno opremo, ki brez težav deluje pri izjemno nizkih temperaturah, vse do 10 milikelvinov (-273.14 stopinj Celzija).

Znanstveniki so odkrili nov način za ustvarjanje in nadzorovanje negativne diferencialne upornosti znotraj industrijsko uveljavljenih tranzistorjev znamke SiC MOSFET iz silicijevega karbida. S tem pristopom so sploh prvič dokazali, da lahko en sam tranzistor uspešno posnema energetsko učinkovito proženje električnih impulzov, ki je sicer značilno za biološke nevrone v človeških možganih.

Ta tehnologija rešuje enega največjih problemov kvantnih računalnikov, ki za upravljanje občutljivih kubitov potrebujejo zapleteno krmilno elektroniko. Obstoječi silicijevi sistemi namreč porabijo veliko energije in ustvarjajo odvečno toploto, zaradi česar morajo biti fizično ločeni od kubitov. Dolga žična povezava med njimi pa poslabšuje delovanje in otežuje gradnjo večjih naprav. Novi čip iz silicijevega karbida je tisočkrat bolj energetsko učinkovit od običajne elektronike, kar pomeni, da ga je mogoče namestiti neposredno ob kvantne procesorje, saj ne obremenjuje hladilnih sistemov.

Raziskovalci so opazili, da tranzistorji pri hlajenju pod 2 kelvina (-271.15 stopinj Celzija) pokažejo močan učinek upornosti, kar povzroča ionizacija zaradi udarcev donorskih elektronov. Ker ta pojav izhaja neposredno iz atomskih lastnosti materiala in ne iz toplote znotraj naprave, je sistem izjemno stabilen. Proizvodnja teh kriogenih čipov je zelo razširljiva, saj silicijev karbid že sedaj množično uporabljajo v električnih vozilih in električnih omrežjih, kar pomeni, da lahko za izdelavo na 30-centimetrskih rezinah izkoristijo obstoječe obrate.

Umetne nevrone je mogoče povezovati v večja omrežja za lokalno obdelavo podatkov na lokaciji, kar bo izboljšalo odpravljanje napak in sprotno upravljanje kvantnih sistemov. Poleg tega so ti čipi idealni za globoko vesolje, saj bi lahko nemoteno delovali v surovih razmerah na površju Lune ali v oddaljenih delih našega osončja.