Los investigadores han diseñado un nuevo diodo superconductor que promete mejorar el rendimiento de los sistemas de inteligencia artificial y ampliar las computadoras cuánticas para aplicaciones industriales. Este dispositivo supera a sus pares con una eficiencia energética superior, la capacidad de procesar múltiples señales eléctricas simultáneamente y una serie única de puertas que controlan el flujo de energía.
Un equipo de investigadores ha desarrollado un diodo superconductor de alta eficiencia con aplicaciones potenciales para extender la computación cuántica y mejorar los sistemas de IA. Este dispositivo puede procesar múltiples señales simultáneamente, una característica beneficiosa para la computación neuromórfica, y está diseñado con materiales más amigables con la industria, allanando el camino para aplicaciones industriales más amplias.
Un equipo dirigido por la Universidad de Minnesota Twin Cities ha desarrollado un nuevo diodo superconductor, un componente clave en los dispositivos electrónicos, que podría ayudar a expandir las computadoras cuánticas para uso industrial y mejorar el rendimiento de los sistemas de inteligencia artificial.
En comparación con otros diodos superconductores, el dispositivo de los investigadores es más eficiente energéticamente; puede procesar varias señales eléctricas al mismo tiempo; y contiene una serie de puertas para controlar el flujo de energía, una característica que nunca se ha incorporado a un diodo superconductor.
El artículo fue publicado en Nature Communications, una revista científica revisada por pares que cubre las ciencias naturales y la ingeniería.
Un diodo permite que la corriente fluya en un sentido pero no en el otro en un circuito eléctrico. Es esencialmente la mitad de un transistor, el componente básico de los chips de computadora. Los diodos normalmente se fabrican con semiconductores, pero los investigadores están interesados en fabricarlos con superconductores, que tienen la capacidad de transferir energía sin perder energía en el camino.
Un equipo dirigido por la Universidad de Minnesota Twin Cities ha desarrollado un diodo superconductor sintonizable y de mayor eficiencia energética, un componente prometedor para futuros dispositivos electrónicos, que podría ayudar a escalar las computadoras cuánticas para la industria y mejorar los sistemas de inteligencia artificial. Crédito: Olivia Hultgren / Universidad de Minnesota Twin Cities
«Queremos hacer que las computadoras sean más poderosas, pero hay algunos límites difíciles que vamos a alcanzar pronto con nuestros materiales y métodos de fabricación actuales», dijo Vlad Pribiag, autor principal del artículo y profesor asociado de la Escuela de Ciencias de la Universidad de Minnesota. Ciencia. Física y Astronomía. “Necesitamos nuevas formas de diseñar computadoras, y uno de los mayores desafíos para aumentar el poder de cómputo en este momento es que disipan mucha energía. Así que estamos buscando formas en que las tecnologías superconductoras puedan ayudar con eso».
Investigadores de la Universidad de Minnesota crearon el dispositivo utilizando tres uniones Josephson, que se fabrican colocando piezas de material no superconductor entre superconductores. En este caso, los investigadores conectaron los superconductores con capas de semiconductores. El diseño único del dispositivo permite a los investigadores usar voltaje para controlar el comportamiento del dispositivo.
Su dispositivo también tiene la capacidad de procesar múltiples entradas de señal, mientras que los diodos típicos solo pueden manejar una entrada y una salida. Esta característica podría tener aplicaciones en la computación neuromórfica, un método de ingeniería de circuitos eléctricos para imitar la forma en que funcionan las neuronas en el cerebro para mejorar el rendimiento de los sistemas de inteligencia artificial.
«El dispositivo que fabricamos es casi el más eficiente energéticamente jamás mostrado y, por primera vez, demostramos que se pueden agregar compuertas y aplicar campos eléctricos para ajustar este efecto», explicó Mohit Gupta, primer autor del artículo y Ph.D. . estudiante de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota. “Otros investigadores han fabricado dispositivos superconductores antes, pero los materiales que utilizaron fueron muy difíciles de fabricar. Nuestro diseño utiliza materiales que son más amigables con la industria y ofrecen una nueva funcionalidad”.
El método utilizado por los investigadores puede, en principio, ser utilizado con cualquier tipo de superconductor, haciéndolo más versátil y fácil de usar que otras técnicas en el área. Debido a estas cualidades, su dispositivo es más compatible para aplicaciones industriales y podría ayudar a impulsar el desarrollo de computadoras cuánticas para un uso más amplio.
«En este momento, todas las máquinas de computación cuántica existentes son muy básicas en relación con las necesidades de las aplicaciones del mundo real», dijo Pribiag. “Es necesario escalar para tener una computadora lo suficientemente poderosa para manejar problemas complejos y útiles. Mucha gente está investigando algoritmos y casos de uso para computadoras o máquinas de IA que potencialmente pueden superar a las computadoras clásicas. Aquí, estamos desarrollando el hardware que podría permitir que las computadoras cuánticas implementen estos algoritmos. Muestra el poder de las universidades para sembrar estas ideas que finalmente llegan a la industria y se integran en máquinas prácticas”.
Referencia: «Efecto de diodo superconductor sintonizable de puerta en un dispositivo Josephson de tres terminales» por Mohit Gupta, Gino V. Graziano, Mihir Pendharkar, Jason T. Dong, Connor P. Dempsey, Chris Palmstrøm y Vlad S. Pribiag, 29 de mayo de 2023 , Comunicaciones de la Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41467-023-38856-0
Esta investigación fue financiada principalmente por el Departamento de Energía de EE. UU. con el apoyo parcial de Microsoft Research y la Fundación Nacional de Ciencias.
Además de Pribiag y Gupta, el equipo de investigación incluyó al estudiante graduado de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota, Gino Graziano, y a los investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara, Mihir Pendharkar, Jason Dong, Connor Dempsey y Chris Palmstrøm.
