Comment des liquides simples comme l’eau peuvent effectuer des calculs complexes

Comment des liquides simples comme l'eau peuvent effectuer des calculs complexes

Fig. 1 Dans le calcul des réservoirs, la propagation de l’information ressemble à des ondulations à la surface d’un plan d’eau ; par conséquent, le terme « réservoir » est utilisé. L’électrode sous-marine illustrée est l’électrode multi-bornes réelle utilisée dans cette étude. Crédit : Megumi Akai-Kasaya et al.

Après plusieurs décennies de développements étonnants, les progrès de l’informatique basée sur les semi-conducteurs commencent à ralentir à mesure que les transistors atteignent leurs limites physiques en termes de taille et de vitesse. Cependant, les besoins en informatique ne cessent de croître, notamment en intelligence artificielle, où les réseaux de neurones ont souvent plusieurs millions de paramètres. Une solution à ce problème est le calcul des réservoirs, et une équipe de chercheurs dirigée par l’Université d’Osaka, avec des collègues de l’Université de Tokyo et de l’Université d’Hokkaido, a développé un système simple basé sur des réactions électrochimiques dans le courant faradique qui, selon eux, relancera les développements. dans ce champ.

Le calcul de réservoir est une idée relativement récente en informatique. Au lieu des programmes binaires traditionnels exécutés sur des puces semi-conductrices, les réactions d’un système dynamique non linéaire (le réservoir) sont utilisées pour effectuer une grande partie du calcul. Divers systèmes dynamiques non linéaires allant des processus quantiques aux composants optiques laser ont été considérés comme des réservoirs. Dans cette étude, les chercheurs ont examiné la conductance ionique de solutions électrochimiques.

« Notre appareil de test simple se compose de 90 paires d’électrodes planes avec une solution ionique déposée sur sa surface », explique le professeur Megumi Akai-Kasaya, auteur principal de l’étude. « La tension de réponse à la tension d’entrée est alors utilisée comme réponse du réservoir. » Cette réponse en tension est due à la fois aux courants ioniques qui traversent la solution et au courant électrochimique. Cette relation entrée-sortie est à la fois non linéaire et reproductible, ce qui la rend appropriée pour une utilisation dans le calcul de réservoir. Un système d’acquisition de données multivoies unique sur l’appareil contrôle les nœuds de lecture, ce qui permet des tests parallèles.

Comment des liquides simples comme l'eau peuvent effectuer des calculs complexes

Fig. 2 Calcul de réservoir physique et construction d’un réservoir moléculaire. (a) Structure du calcul de réservoir traditionnel. (b) Concept de notre système informatique de réservoir physique. Crédit : Megumi Akai-Kasaya et al., Advanced Science

Les chercheurs ont utilisé l’appareil pour évaluer deux liquides : des molécules de polyoxométalate en solution et de l’eau déminéralisée. Le système affichait une « connexion anticipée » entre les nœuds, quel que soit l’échantillon utilisé. Cependant, il y avait des différences. « La solution de polyoxométalate a augmenté la diversité du courant de réponse, ce qui la rend efficace pour prédire les signaux périodiques », explique le professeur Akai-Kasaya. « Mais il s’avère que l’eau déminéralisée est la meilleure pour résoudre les problèmes non linéaires de second ordre. » Les bonnes performances de ces solutions démontrent leur potentiel pour des tâches plus complexes, telles que la reconnaissance de polices d’écriture manuscrite, la reconnaissance de mots isolés et d’autres tâches de classification.

Comment des liquides simples comme l'eau peuvent effectuer des calculs complexes

Fig. 3 (a) Structure de la molécule de polyoxométalate (POM). (b) Schéma du réservoir à base de réaction électrochimique. (c) Réponses de la solution POM (à gauche) et de l’eau déminéralisée (à droite) à un signal sinusoïdal et leurs performances de prédiction sur un signal cible quadruple sinus (QDW). (d) Performances de prédiction de la solution POM et de l’eau sur un signal cible non linéaire. Crédit : Megumi Akai-Kasaya et al., Advanced Science

Les chercheurs pensent que le transfert de protons ou d’ions avec des réactions électrochimiques minimales sur de courtes durées a le potentiel de se développer en tant que système informatique plus puissant, à faible coût et économe en énergie. La simplicité du système proposé ouvre de nouvelles opportunités passionnantes pour le développement de systèmes informatiques basés sur des réactions ioniques électrochimiques.


Intelligence émergeant des réseaux polymères aléatoires


Plus d’information:
Shaohua Kan et al, Mise en œuvre physique du calcul de réservoir par réaction électrochimique, Sciences avancées (2021). DOI : 10.1002 / adv.202104076

Fourni par l’Université d’Osaka

Citation: Comment des liquides simples comme l’eau peuvent effectuer des calculs complexes (2022, 11 janvier) récupéré le 11 janvier 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-01-simple-liquids-complex.html

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