Японські та американські дослідники створили перший у світі кремнієвий спінтронний p-bit — базовий елемент ймовірнісних комп’ютерів. Пристрій виготовили за стандартними технологіями виробництва напівпровідників.
Про це пише видання Interesting Engineering.
Розробку представила спільна команда вчених з Tohoku University та National Institute of Standards and Technology. Це перший у світі спінтронний p-bit, створений на кремнієвому чипі за допомогою звичайних процесів виробництва напівпровідників.
Дослідники підтвердили роботу p-bit — основного елемента ймовірнісних обчислень. Цей напрям комп’ютерних наук і штучного інтелекту використовує алгоритми та моделі, які працюють з імовірностями.
За словами авторів роботи, це відкриває шлях до створення великих спінтронних p-комп'ютерів для застосування у сфері штучного інтелекту та машинного навчання.
Звичайні комп’ютери обробляють дані за допомогою бітів, які можуть перебувати лише у двох станах — 0 або 1. Саме ця система лежить в основі смартфонів, суперкомп’ютерів, дата-центрів та інших цифрових пристроїв. Водночас вона має обмеження під час пошуку рішень серед величезної кількості можливих варіантів.
Ймовірнісні комп’ютери використовують p-bit — елемент, який випадковим чином перемикається між 0 та 1. Завдяки природній випадковості такі системи можуть одночасно досліджувати багато можливих станів, що робить їх перспективними для задач штучного інтелекту, машинного навчання та оптимізації.
Однією з найперспективніших технологій для створення таких комп’ютерів вважається спінтроніка. Вона використовує магнітні властивості електронів і їхній квантовий спін для обробки та зберігання інформації. Як зазначають дослідники, нанорозмірні магнітні пристрої здатні природно створювати ймовірнісну поведінку завдяки магнітним флуктуаціям.
Дослідження очолив науковець Юн Чжу Йон. Команда інтегрувала спінтронні пристрої безпосередньо в кремнієвий чип, поєднавши технології виробництва напівпровідників і спінтроніки у США та Японії.
Для виготовлення транзисторів і нижніх шарів з'єднань вчені використали 130-нанометровий CMOS-процес компанії SkyWater Technology. Після цього на чип інтегрували суперпарамагнітні нанопристрої та верхні електроди.
Під час випробувань чип продемонстрував дві ключові властивості p-bit. По-перше, вихідна напруга випадково змінювалася з часом, що підтвердило здатність пристрою природно перемикатися між різними станами. По-друге, дослідники показали, що середнім значенням вихідного сигналу можна керувати за допомогою вхідної напруги, налаштовуючи таким чином ймовірнісну поведінку пристрою.
Науковці заявили, що це перша експериментальна демонстрація спінтронного p-bit, монолітно інтегрованого в кремнієвий чип із використанням стандартних процесів виробництва інтегральних схем.
У пресрелізі університету зазначається, що подальший розвиток технологій пристроїв і схем, а також збільшення кількості інтегрованих p-bit можуть наблизити створення великих практичних спінтронних p-комп'ютерів.
