Впечатляющие перспективы
шаткого равновесия
фазовых сдвигов.
Любой электрический сигнал, вследствие естественного сопротивления проводника, по которому он проходит, теряет свою амплитуду (силу, уровень, громкость — называть можно по-разному в зависимости от обстоятельств). Сегодня компенсация таких потерь строится на многократном периодическом усилении сигнала на всём его пути: цепочка из нескольких звеньев проводник — усилитель шаг за шагом нивелирует затухания сигнала, восстанавливая его до начального уровня. Этому логичному, но всё-таки примитивному решению уже, как говорится, сто лет в обед. Да и не велика беда, вроде, но в связи с чрезвычайно высокой плотностью современных микросхем, такая конструкция межткомпонентных соединений серьёзно ограничивает развитие чипов и их производительность.
То ли дело мозг! Аксоны, обеспечивающие обмен импульсами между нейронами, странным образом поддерживают амплитуду сигнала постоянной на всём пути его следования. Если бы мы могли заменить цепочки с усилителями на что-то подобное, быстродействие процессоров наших вычислительных систем заметно бы возросло.
И вот, черпая вдохновение у природы, объединённая команда исследователей из Национальной лаборатории Сандиа в Ливерморе, Техасского A & M и Стэнфордского университетов обнаружила класс материалов, которые ведут себя подобно аксонам. А именно — самопроизвольно усиливают проводимые ими электрические импульсы. Исследование было опубликовано в Nature.
Смоделировать это исключительное поведение аксона удалось с помощью электронного фазового перехода в оксиде лантана-кобальта. Обнаружилось, что запускающее такой переход нагревание делает данный материал гораздо более электропроводным. Но главное, что для такого поведения данному оксиду достаточно температуры, выделяемой самим прохождением сигнала через материал. Таким образом запускается положительная обратная связь: проходящий сигнал нагревает проводник, который вследствие этого усиливает сигнал.
В результате получившийся имитатор аксона приобретает интересный набор экзотических характеристик, которые вы не встретите в обычных пассивных компонентах вроде резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. Помимо описанного усиления небольших возмущений вследствие возрастания отрицательных электрических сопротивлений, исследователи отмечают необычно большие фазовые сдвиги в сигналах переменного тока.
«По сути, мы используем внутреннюю нестабильность материала, которая продолжает усиливать электронный импульс по мере его прохождения по линии передачи, — поясняет инженер-материаловед Патрик Шамбергер и делает важное дополнение: — Хотя такое поведение было теоретически предсказано нашим соавтором доктором Стэном Уильямсом, это первое подтверждение его существования».
Авторы называют свою находку «первой в своём роде», надеясь, что дальнейшие поиски могут дать более широкий выбор решений, подходящих для применения в ИТ, однако уже сейчас заявляют о потенциале своей работы оказать решающее значение на будущее вычислений вообще и искусственного интеллекта в частности.
По материалам АРМК.