Физики создали ионный процессор, вдохновленный устройством мозга

Физики из из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона разработали ионный процессор, работающий подобно мозгу — за счет движения ионов в водном растворе, а не на электронах как твердые полупроводники. Исследование опубликовано в Advanced Materials.

Главное условие передачи сигналов в головном мозге — это движение заряженных молекул, называемых ионами, в растворе. Хотя невероятную вычислительную мощность мозга чрезвычайно сложно воспроизвести, ученые предположили, что аналогичная система все же может быть использована для вычислений.

Авторы создали транзистор с дискообразным электродом в центре и двумя кольцевыми электродами вокруг него. Эту структуру они поместили в водный раствор молекул хинона. При подаче напряжения на центральный диск в растворе создавался поток ионов водорода. Два кольцевых электрода позволяли увеличивать или уменьшать силу тока, таким образом регулируя pH раствора.

Используя различные показатели системы, в том числе pH раствора и напряжение на транзисторе, можно проводить арифметическое умножение. А если объединить несколько транзисторов — можно осуществить матричное умножение, необходимое для работы нейронных сетей. Ученые смогли продемонстрировать это для матриц размером 16 на 16.

У технологии есть существенные ограничения. 16 потоков не могут существовать одновременно, то есть все операции нужно было выполнять последовательно, а не одновременно, что значительно замедляло и без того медленную технологию. Однако ученые показали, что их подход жизнеспособен, и теперь планируют ввести в систему больше типов молекул, которые позволят выполнять более сложные вычисления.