В области вычислительной техники сегодня наблюдается стремительное развитие двух новых перспективных направлений - квантовых и нейроморфных вычислений. Хотя на первый взгляд они представляются разными путями, на пересечении этих областей могут появиться невероятно мощные вычислительные решения, способные затмить все существующие технологии. Не случайно возникли предположения, что умственная деятельность человека сопровождается квантовыми эффектами, что побуждает ученых искать новые типы памяти, использующие квантовые явления.

Международная группа исследователей из Германии, Китая и Чили представила свою разработку одного из давно предложенных видов памяти - мемконденсатора (memcapacitor). Концепция мемконденсаторов, наряду с мемристорами и меминдуктивностями, была выдвинута теоретиками более 50 лет назад. В принципе, любой материал с нелинейными характеристиками и петлей гистерезиса может выступать в качестве памяти для электронных устройств.

В новой работе, опубликованной недавно в журнале Communications Materials, ученые рассказывают о том, как они изучали связь между электронными сигналами и квантовыми эффектами, и какую роль в этом сыграл мемконденсатор. Мемконденсаторы позволяют запоминать информацию, связывая напряжение и заряд (в отличие от мемристоров, связывающих ток и напряжение). Оставалось совместить это с "чувствительными" квантовыми состояниями, чтобы ячейка квантовой памяти могла записываться и считываться без разрушения, а также чтобы квантовые эффекты, включая запутанность, могли в принципе возникать и наблюдаться в подобной макросистеме.

В качестве инструмента воздействия на квантовый элемент памяти ученые предложили использовать микроволновое излучение. Сам элемент памяти состоит из двух связанных колебательных контуров - основного и вспомогательного, введенного для стабилизации работы основного контура посредством организованной с ним обратной связи. К основному контуру подключен так называемый элемент SQUID, или сверхпроводящий квантовый интерферометр. На SQUID воздействует микроволновое излучение, интенсивность которого зависит от измерений на вспомогательном контуре, который также управляет состоянием ячейки памяти. Благодаря обратной связи представленный элемент демонстрирует стабильную работу, и, как показали эксперименты, все это сопровождается квантовыми эффектами, включая явление запутанности.

Ученые пояснили: "Это устройство работает с классическим входом в одном резонаторе, одновременно считывая отклик в другом, и служит фундаментальным строительным блоком для создания массивов микроволновых квантовых накопителей памяти. Мы наблюдаем, что двусторонняя схема может сохранять свойства памяти и демонстрировать запутанность и квантовые корреляции. Наши результаты открывают путь для экспериментальной реализации сверхпроводящих квантовых устройств с высокой емкостью памяти и массивов запоминающих устройств для нейроморфных квантовых вычислений".

Таким образом, разработанный сверхпроводящий микроволновый мемконденсатор является важным шагом в создании перспективных квантовых и нейроморфных вычислительных систем с использованием квантовых эффектов для хранения данных.

Источник: 3dnews.ru