Компьютерный язык состоит всего из двух символов — единиц и нулей, что означает «да» или «нет». Но нас ждет мир более богатых возможностей, если мы сможем расширить до трех или более значений, чтобы один и тот же физический переключатель мог кодировать гораздо больше информации.
«Самое главное, этот новый логический блок позволит обрабатывать информацию, используя не только« да »и« нет », но также« да или нет »или« возможно »операции», — сказал Валерий Винокур, ученый-материаловед и заслуженный научный сотрудник Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США и автор статьи, а также Лоран Бодри из Лилльского университета науки и технологий и Игорь Лукьянчук из Университета Пикардии Жюля Верна.Так работает наш мозг, и он примерно в миллион раз более эффективен, чем лучшие компьютеры, которые нам когда-либо удавалось построить, при этом потребляя на порядки меньше энергии.
«Наш мозг обрабатывает гораздо больше информации, но если бы наши синапсы были построены так, как наши нынешние компьютеры, мозг не просто закипел бы, но и испарился бы из-за энергии, которую они используют», — сказал Винокур.Хотя преимущества этого типа вычислений, называемого многозначной логикой, известны давно, проблема в том, что мы не обнаружили материальную систему, которая могла бы ее реализовать. Прямо сейчас транзисторы могут работать только в состоянии «включено» или «выключено», поэтому этой новой системе придется найти новый способ постоянно поддерживать большее количество состояний, а также быть легким для чтения и записи и, в идеале, для работы в комнатная температура.
Отсюда интерес Винокура и его команды к сегнетоэлектрикам — классу материалов, поляризацией которых можно управлять с помощью электрических полей. Поскольку сегнетоэлектрики физически меняют форму при изменении поляризации, они очень полезны в датчиках и других устройствах, таких как медицинские ультразвуковые аппараты. Ученые очень заинтересованы в использовании этих свойств для компьютерной памяти и других приложений; но теория, лежащая в основе их поведения, все еще возникает.
В новой статье изложен рецепт, с помощью которого мы могли бы использовать свойства очень тонких пленок особого класса сегнетоэлектрических материалов, называемых перовскитами.Согласно расчетам, пленки перовскита могут удерживать две, три или даже четыре позиции поляризации, которые являются энергетически стабильными — «чтобы они могли« защелкнуться »на месте и, таким образом, обеспечить стабильную платформу для кодирования информации», — сказал Винокур.По словам Винокура, команда рассчитала эти стабильные конфигурации и способы манипулирования поляризацией, чтобы перемещать ее между стабильными положениями с помощью электрических полей.«Когда мы реализуем это в устройстве, это значительно повысит эффективность модулей памяти и процессоров», — сказал Винокур. «Это является значительным шагом на пути к реализации так называемых нейроморфных вычислений, которые стремятся моделировать человеческий мозг».
Винокур сказал, что команда работает с экспериментаторами, чтобы применить принципы для создания работающей системы.