Французский исследовательский центр CEA-Leti разработал транзистор с примерно 50 состояниями, а не с двумя, как у современной цифровой электроники. «Аналоговый» транзистор имитирует работу синапсов в нервной ткани человеческого мозга и делает это довольно близко по таким характеристикам, как энергопотребление и скорость. Планируется, что на основе новых транзисторов будут построены нейронные процессоры нового поколения с впечатляющими возможностями.

Источник изображения: Pixabay

Возможно, эта разработка ближе всего подошла к имитации того, как взаимодействуют нейроны мозга, считают в CEA-Leti. Транзистор также миниатюрен как синапс, потребляет столько же и работает на том же принципе — срабатывает не по одному импульсу, а после прихода критической «массы» сигналов. Синапс ведь не отзывается на одиночные нервные импульсы. Для запуска сигнала дальше по нервной сети требуются множественные стимулирующие реакции через синапсы. Только тогда конкретный нейрон запустит потенциал по своей сети дендритов для передачи информации другим связанным с ним нейронам.

Другое сходство между новым транзистором и синапсом заключается в том, что оба они являются ионными. Транзистор использует преимущества той же электрохимической реакции, что и синапс. В случае с транзистором его канал состоит из оксида титана, через который проходят ионы лития. В зависимости от их количества они изменяют электронную проводимость канала. Благодаря этому транзистор потребляет 1 фДж/мкм², столько же, сколько синапс. Это в 100 раз меньше, чем у других возможных решений, включая перспективную резистивную память.

Толщина транзистора всего 200 нм, а число циклов переключения более 100 тыс. Исследователи научились выпускать массивы транзисторов на 200-мм кремниевых пластинах с использованием стандартных КМОП-совместимых техпроцессов. Массивы транзисторов были испытаны в работе на эталонном тесте MNIST на распознавание изображений и показали хороший результат. Но предстоит ещё большая работа по подтверждению квалификации транзисторов для использования в нейронных чипах.

«Все эти элементы обнадеживают, но мы находимся только на первых этапах процесса оценки. Мы должны продолжать доводить транзистор до зрелости и обеспечить углубленную оценку его долговечности и надежности», — объяснил один из учёных из CEA-Leti.

Французский центр исследований CEA-Leti сообщил, что бывшие научные сотрудники учреждения образовали стартап Siquance, который обещает создать квантовый компьютер на базе решений, которые может дать современное производство полупроводников. Для этого необходимо «всего лишь» создать транзистор для работы с кубитами, а не битами. Несмотря на сложность задачи, пути для её решения уже предложены, и по ним пойдут в новой компании.

Генеральный директор Siquance Мод Вине (Maud Vinet). Источник изображения: CEA-Leti

Стартап Siquance получил финансовую и патентную поддержку CEA-Leti и Национального центра научных исследований Франции (CNRS). Все главные роли в стартапе играют выходцы из CEA и CNRS, имеющие как научный опыт в области квантовых наук, так и практический опыт в производстве полупроводников. Центр CEA-Leti располагает собственным производством по обработке кремниевых пластин и десятилетиями служил и продолжает служить полигоном для разработки совершенных техпроцессов по выпуску чипов.

Вариант кубита из кремния. Источник изображения: CEA-Leti

В представлении основателей компании Siquance они станут источником будущего прорыва Франции и ЕС в области квантовых вычислителей и устранят пропасть между квантовой наукой в Европе и США, а также разрыв в этой сфере с Китаем.

Согласно планам Siquance, квантовые вычислители современности должны строиться на современном производстве полупроводниковых решений. Это обеспечит доступность и масштабируемость платформ. По крайней мере, коммерциализация квантовых систем на кремниевых чипах с транзисторами выглядит понятнее и привлекательнее, чем на установках со сверхпроводящими кубитами или оптическими ловушками, вышедшими словно из лаборатории «сумасшедшего учёного».

Часть кремниевого компьютера на сверхпроводящих кубитах

Компания Siquance продолжит НИОКР совместно с CEA и CNRS. О результатах обещают регулярно сообщать.