Fig. 1 En la computación de yacimientos, la propagación de la información es como ondas onduladas en la superficie de una masa de agua; por lo tanto, se utiliza el término "reservorio". El electrodo subacuático que se muestra es el electrodo multiterminal real utilizado en este estudio. Crédito:Megumi Akai-Kasaya et al.
Después de muchas décadas de desarrollos asombrosos, los avances en la computación basada en semiconductores comienzan a desacelerarse a medida que los transistores alcanzan sus límites físicos en tamaño y velocidad. Sin embargo, los requisitos para la computación continúan creciendo, especialmente en inteligencia artificial, donde las redes neuronales suelen tener varios millones de parámetros. Una solución a este problema es la computación de reservorios, y un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka, con colegas de la Universidad de Tokio y la Universidad de Hokkaido, ha desarrollado un sistema simple basado en reacciones electroquímicas en corriente farádica que creen impulsará los desarrollos. en este campo.
La computación de reservorios es una idea relativamente reciente en computación. En lugar de los programas binarios tradicionales que se ejecutan en chips semiconductores, las reacciones de un sistema dinámico no lineal, el depósito, se utilizan para realizar gran parte del cálculo. Se han considerado como reservorios varios sistemas dinámicos no lineales, desde procesos cuánticos hasta componentes láser ópticos. En este estudio, los investigadores observaron la conductancia iónica de las soluciones electroquímicas.
"Nuestro sencillo dispositivo de prueba consta de 90 pares de electrodos planos con una solución iónica que cae sobre su superficie", explica la profesora Megumi Akai-Kasaya, autora principal del estudio. "El voltaje de respuesta al voltaje de entrada se usa luego como la respuesta del depósito". Esta respuesta de voltaje se debe tanto a las corrientes iónicas que pasan a través de la solución como a la corriente electroquímica. Esta relación de entrada-salida es tanto no lineal como reproducible, lo que la hace adecuada para su uso en la computación de yacimientos. Un exclusivo sistema de adquisición de datos multidireccional en el dispositivo controla los nodos de lectura, lo que permite realizar pruebas en paralelo.
Fig. 2 Computación física de yacimientos y la construcción de un yacimiento de base molecular. (a) Estructura de la computación tradicional de yacimientos. (b) Concepto de nuestro sistema de computación de yacimientos físicos. Crédito:Megumi Akai-Kasaya et al., Advanced Science
Los investigadores utilizaron el dispositivo para evaluar dos líquidos:moléculas de polioxometalato en solución y agua desionizada. El sistema mostró una "conexión de avance" entre los nodos, independientemente de la muestra que se utilizó. Sin embargo, había diferencias. "La solución de polioxometalato aumentó la diversidad de la corriente de respuesta, lo que la hace buena para predecir señales periódicas", dice el profesor Akai-Kasaya. "Pero resulta que el agua desionizada es mejor para resolver problemas no lineales de segundo orden". El buen rendimiento de estas soluciones demuestra su potencial para tareas más complicadas, como el reconocimiento de fuentes manuscritas, el reconocimiento de palabras aisladas y otras tareas de clasificación.
Fig. 3 (a) Estructura de la molécula de polioxometalato (POM). (b) Esquema del depósito basado en reacciones electroquímicas. ( c ) Respuestas de la solución POM (izquierda) y agua desionizada (derecha) a una señal sinusoidal y sus rendimientos de predicción en una señal objetivo de cuádruple seno (QDW). ( d ) Rendimiento de predicción de la solución POM y el agua en una señal objetivo no lineal. Crédito:Megumi Akai-Kasaya et al., Advanced Science
Los investigadores creen que la transferencia de protones o iones con reacciones electroquímicas mínimas durante períodos cortos tiene el potencial de desarrollarse como un sistema informático más potente desde el punto de vista computacional, de bajo coste y eficiente desde el punto de vista energético. La simplicidad del sistema propuesto abre nuevas e interesantes oportunidades para desarrollar sistemas informáticos basados en reacciones iónicas electroquímicas.
