Логические наномашины оптимально решают вычислительно трудные задачи

В последнем выпуске издания Nano Letters группой учёных из США, Австралии, Израиля, Бельгии и Италии опубликована статья, где рассматриваются возможности ответа непростых вычислительных задач с помощью несложных статистических методов, трудящихся на небольших аналоговых компьютерах — логических наномашинах.

Такие наномашины складываются из отдельных атомов фосфора, внедрённых с высокой точностью в кремниевый кристалл. На квадратный сантиметр площади кремниевой базы приходится 200 млрд атомов. Любой из них может удерживать один либо два электрона, каковые занимают пара энергетических уровней и произвольно покидают атом либо присоединяются к нему при помощи квантового туннелирования.

Сам же атом всегда переключается между четырьмя вероятными состояниями в соответствии с определенным распределением возможностей.

Авторы продемонстрировали, что эта физическая картина возможно использована для симуляции некоторых вычислительных задач. В качестве показательного примера они разглядели довольно несложную проблему контроля перемещений визитёров в лабиринте, складывающемся из четырёх помещений, связанных дверями. Требовалось отыскать такую комбинацию частоты открывания дверей, которая обеспечила бы визитёрам громаднейшее время нахождения в одной конкретной комнате.

Логические наномашины оптимально решают вычислительно трудные задачи

Отыскать ответ классическими вычислительными средствами достаточно сложно, потому, что для этого в большинстве случаев требуется сперва проанализировать динамику визитёров в лабиринте. Но с помощью новых логических устройств возможно подойти к ответу данной задачи напрямую, поставив топологию лабиринта в соответствие с ядерными состояниями, а перемещения визитёров — с туннелированием электронов.

Применяя сканирующую туннельную спектроскопию, авторы имели возможность измерить скорости туннелирования электронов и руководить ими, регулируя напряжение на зонде микроскопа и расстояние от его острия до подложки. Так, неприятность лабиринта была сведена к нахождению дистанций и сочетания напряжений, снабжающих максимально продолжительное нахождение атома в определённом состоянии.

Оптимальные размеры для различных атомов смогут мало различаться из-за стохастических вариаций одноэлектронной динамики. Это разрешает сравнивать между собой миллиарды логических наноустройств и обнаружить самую лучшую комбинацию.

Учёные сохраняют надежду развить достигнутый успех и применить эти наноустройства для ответа широкого круга все более непростых неприятностей — применяя прямое моделирование без преобразования задачи в бинарный вид.

Вычисления в Excel. Формулы.


Темы которые будут Вам интересны: