Сгустки наночастиц золота могут эволюционировать

Микрочипы устарели. Произвольное скопление наночастиц золота может производить вычисления, которые, как правило, предназначены для аккуратно упорядоченных структур кремния.

Традиционные компьютеры используют постоянные цепи, которые следуют запрограммированным правилам, но эта стратегия ограничивает их эффективность. Человеческий мозг может сделать на порядки больше самых мощных микропроцессоров, и использует, максимум, 20 ватт энергии.

Чтобы закрыть этот пробел, исследователи постарались построить «мозгоподобные» компьютеры, которые были бы способны делать расчеты без необходимости проектировать их внутренности специально для этой цели, но до сих пор никто не нашел материал, который может надежно выполнять реальные расчеты.

Теперь команда исследователей обнаружила, что комок крошечных золотых зернышек пригоден для обработки битов информации так же, как и обычные микропроцессоры.

Ученые использовали частицы золота около 20 нанометров в поперечнике. Они положили несколько десятков из них в круг с шероховатой поверхностью, каждый на расстоянии около 1 нанометра от своих ближайших соседей. Вокруг них установили восемь электродов. Вычисления происходят только при применении правильного напряжения. От этого золото эффективно формирует сеть транзисторов, в которой отсутствует строгий порядок подключения, как в обычном микрочипе, что позволяет выполнить вычисления, используя меньше энергии.

Много труда у ученых занял подбор комбинаций напряжений, необходимых для начала процесса вычислений. Для этого они позаимствовали идеи из теории эволюции Дарвина.

Сравнивая множество наборов напряжений, исследователи избавлялись от тех, которые не имели никакого смысла, и комбинировали несколько разных версий тех, которые казались перспективными, повторяя попытки.

По сути, комок наночастиц золота эволюционировал в направлении поведения, которое исследователи надеялись от него получить.

В результате, удалось подобрать алгоритмы напряжения, которые трансформируются в систему из шести «логических вентилей», являющихся «строительными блоками» обычных компьютерных чипов. Ученые даже нашли комбинацию для логических устройств высшего порядка, которая может добавить еще два бита информации.

Скопление наночастиц золота должно быть охлаждено всего на 0,3 градуса выше абсолютного нуля, но создание частиц еще меньшего размера - позволит сделать рабочую температуру выше. Теоретически, устройство может работать и при комнатной температуре.

Ученые надеются, что данное исследование приведет к созданию специализированных процессоров, которые смогут решить такие сложные для современных компьютеров проблемы, как распознавание образов. Если один комок наночастиц может делать расчет, то они в состоянии работать и параллельно – так же, как нейроны в человеческом мозге, который особенно хорош в таких задачах.

Эксперты считают, что во всем этом есть рациональное зерно, но требуется больше доказательств работоспособности модели.

Еще одно препятствие заключается в создании устройства, которое может обрабатывать более сложные вычисления. Это можно сделать, либо используя больше наночастиц, либо больше электродов. Авторы исследования считают, что электроды, вероятно, более важны, поскольку можно иметь несколько «входов» и «выходов».