NANO BOYUTTAKİ MANTIK MAKİNELERİ, İKİLİ HESAPLAMANIN ÖTESİNE GEÇİYOR...

    nano boyuttaki mantık makineleri, ikili hesaplamanın ötesine geçiyor

    (Sol) Atomun dört durumu bir labirentin dört odasına (sağdaki) karşılık gelir. Bir atomun içinde ve dışında elektron tünel oluşturma rastgele doğası labirent odalar arasındaki insanların hareketini simüle eder ve bazı labirent sorunlarına çözümleri optimize edebilir.

         Bilim adamları, klasik mantık aygıtlarından tamamen farklı şekilde çalışan tek atomlardan küçük mantık makineleri inşa ettiler. Bugünün bilgisayarlarındaki transistörler gibi ikili anahtarlama paradigmasına güvenmek yerine, yeni nano ölçek mantık makineleri fiziksel olarak problemleri simüle ediyor ve fiziksel sistemlerin nano ölçekli rastgeleliğe karşı davranışlarını yöneten doğal raslantılardan yararlanıyor ve bu genellikle dezavantaj olarak değerlendiriliyor.

         Belçika, İtalya, Avustralya, İsrail ve ABD'deki üniversitelerden araştırmacılardan Barbara Fresch ve ekip arkadaşları “Nano Letters” dergisinin son sayısında nano ölçekli mantık makineleri üzerine adlı yeni bir makale yayınladı.

         Liege Üniversitesi'nden Francoise Remacle;”Yaklaşımımız, nano ölçek katı hal fiziksel aygıtlarda çalışan basit istatistiksel algoritmalarla zor hesaplanan problemleri çözebilecek yeni küçük bir analog bilgisayar sınıfı olasılığını göstermektedir.”

         Yeni nanologic (nano mantık) makineler, santimetrekare başına yaklaşık 200 milyar atom yoğunluğunda bir silikon kristal içine yerleştirilmiş ve gömülü olan tek tek fosforlu atomlardan oluşur. Tek elektronlar, kuantum tünelleme nedeniyle atomların içine ve dışına rasgele hareket eder. Her atom bu elektronlardan birini veya ikisini tutabildiğinden ve her elektron birkaç farklı enerji seviyesinde olabildiğinden, her atom dört olası durumdan birini işgal edebilir. Her atom, atomun içine ve dışına tünelleşen ve enerjilerini değiştiren elektronların rastgele harekete karşılık gelen belli bir olasılık kümesine göre dört hal arasında sürekli olarak geçiş yapar.

         Araştırmacılar, bu fiziksel resmin bazı hesaplama problemlerini simüle etmek için kullanılabileceğini kabul ettiler. Konseptin bir kanıtı olarak, “Gate’lerle” bağlı dört odadan oluşan bir labirentte ziyaretçi akışını içeren nispeten basit bir örneğe baktılar. Görev, ziyaretçilerin belirli bir odada harcadığı zamanı en üst düzeye çıkarmak için gate’leri (kapıları) açma oranlarının en uygun kombinasyonunu bulmaktır.

         Geleneksel bilgisayarı kullanarak bu tip problemi çözmek için büyük miktarda gayret gerekir; çünkü tipik olarak labirentteki ziyaretçilerin dinamiklerini analiz ederek, giriş kapılarının hızlarını optimize etmeden önce bilgi toplamak gerekir.

         Bununla birlikte, yeni mantık aygıtlarını kullanarak, çözümü daha doğrudan bulmak mümkün, çünkü sorun fiziksel olarak atomik "donanım" tarafından şekillendiriliyor. Bu özel problem için, labirentin topolojisi bir atomun haline karşılık gelir ve ziyaretçilerin hareketi elektronların tünelleşmesine karşılık gelir.

         Araştırmacılar Tarayıcı tünelleme spektroskopisini kullanarak, elektron tünelleme oranlarını ölçebilir. Bu yüzden labirent sorunu, bir atomun belirli bir durumu kapladığı zamanı en yükseğe çıkaran voltajların ve uç mesafelerinin kombinasyonunu bulmanın bir problemi haline gelir.

         Tek elektron dinamiklerinin çeşitliliği nedeniyle her atomun elektron taşıma özellikleri biraz farklıdır, bu da bazı atomların diğerlerinden daha iyi optimal değerlere sahip olduğu anlamına gelir. Eğer atomlar transistör gibi anahtarlama aygıtları olarak kullanılıyorsa, o zaman bu değişkenlik dezavantaj oluşturduğu için hata doğurabileceği düşünülmektedir. Fakat burada değişkenlik avantaja dönüşür, çünkü elektron taşıma özelliklerinin atomu en uzun süre belli bir durumda tutmaya yardımcı olduğunu belirlemek için milyarlarca mantık aygıtının birbiriyle karşılaştırılmasına izin verir.

         Araştırmacılar, sonuçların karmaşıklığı artıran geniş bir yelpazede çeşitli problemleri çözebilecek nanoscale mantık aygıtlarının doğrudan ikili süreçler olarak yeniden çerçevelemek yerine doğrudan simüle ederek sonuçlanmasını bekliyorlar.

         Francoise Remacle; “Mantık donanım olarak kullanılan nanoscale ve moleküler aygıtlar, yüksek paketleme yoğunluğu ve düşük güç dağılımından, bilgi kodlamak için kullanılabilecek çok sayıda duruma kadar birçok avantaja sahiptirler” dedi. "Bununla birlikte, dinamikleri, termal olarak aktive edilmiş ve kuantum süreçlerinin temel rastlantısal doğası nedeniyle olasılıkçı kanunlarla yönetiliyor: En basit uygulama, daha sonra, geleneksel deterministik donanımda önemli miktarda yük gerektiren olasılık algoritmalarının uygulanması için nano ölçekli cihazları kullanmaktır. Örneğin olasılık dağılımından bir sahte rasgele sayı almak sadece modern bir bilgisayarda yüzlerce talimat gerektirirken, elektron tünelinin gerçekten rasgele zamanlarda yapılması doğal bir süreçtir.”

         Gelecekte, araştırmacılar, uygulamanın uç hassasiyetle bileşenleri konumlandırmayı gerektiren diğer nano mantık aygıt türlerini tasarlamayı planlıyor.

         Francoise Remacle; “Kuramsal açıdan, nanokütle ve moleküler sistemlerin fiziğine uyarlanmış farklı bilgi işleme paradigmalarını, kuantum doğalarından ortaya çıkan potansiyellere özel dikkat göstererek geliştirmeye devam edeceğiz” “Bu, yararlı teknolojilere dönüşmesi için maddenin nanoscale'de kontrol edilmesi ve manipüle edilmesi için artan bir yeteneğe dönüşmesi için temel bir çaba. Deneysel olarak, en büyük zorluk atomik hassaslıkla silikon matristeki katkı maddesi atomlarının konumunun tam kontrolünü sağlamak ve bunların taşıma özelliklerini tasarlamaktır.”

    Çeviri: Celal DEMİRTAŞ

    Kaynak:Barbara Fresch et al. "A Probabilistic Finite State Logic Machine Realized Experimentally on a Single Dopant Atom." Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b05149

    Referans dergi:Nano Letters

    Yayınlama tarihi: 18.02.2017

.
.