Un equipo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha desarrollado una solución para los chips neuromórficos, un hardware de computadora con una estructura similar a la del cerebro, para mejorar la comunicación entre sus componentes individuales.
En los chips neuromórficos, los componentes electrónicos actúan como neuronas artificiales, enrutando señales de pico a través de una red similar a un cerebro. Eliminando la infraestructura de comunicación electrónica convencional, los investigadores han diseñado redes con diminutas fuentes de luz en cada neurona que transmiten señales ópticas a miles de conexiones.
Este esquema puede ser especialmente eficiente desde el punto de vista energético si se utilizan dispositivos superconductores para detectar partículas individuales de luz conocidas como fotones, la señal óptica más pequeña posible que podría utilizarse para representar un pico.
Circuito con transmisión de fotones
Los investigadores del NIST han logrado por primera vez un circuito que se comporta de manera muy similar a una sinapsis biológica pero que usa solo fotones para transmitir y recibir señales. Esto es posible utilizando detectores superconductores de un solo fotón. El cálculo en el circuito NIST ocurre donde un detector de fotón único se encuentra con un elemento de circuito superconductor llamado unión Josephson.
Una unión de Josephson es un sándwich de materiales superconductores separados por una fina película aislante. Si la corriente a través del sándwich supera un determinado valor de umbral, la unión de Josephson comienza a producir pequeños pulsos de voltaje llamados fluxones.
Al detectar un fotón, el detector de fotón único empuja la unión de Josephson por encima de este umbral y los fluxones se acumulan como corriente en un bucle superconductor. Los investigadores pueden ajustar la cantidad de corriente añadida al bucle por fotón aplicando una polarización a una de las uniones. Esto se llama peso sináptico.
Redes programables
La corriente almacenada sirve como una forma de memoria a corto plazo, ya que proporciona un registro de cuántas veces la neurona produjo un pico en el pasado cercano. La duración de esta memoria se establece por el tiempo que tarda la corriente eléctrica en decaer en los bucles superconductores. El hardware podría adaptarse a problemas que ocurren en muchas escalas de tiempo diferentes, desde sistemas de control industrial de alta velocidad hasta conversaciones más relajadas con humanos.
La capacidad de establecer diferentes pesos cambiando la polarización de las uniones de Josephson permite una memoria a más largo plazo que se puede usar para hacer que las redes sean programables, de modo que la misma red pueda resolver muchos problemas diferentes.