ملخصات الأبحاث

ديناميكيات فوضوية في ممرستورات "موت" النانوية من أجل حوسبة تناظرية

S Kumar et al
  • Published online:

في الوقت الحاضر، تستخدم أنظمة تعلُّم الآلة نماذج مبسطة للخلايا العصبية، تفتقر إلى الظواهر غير الخطية الغنية، التي تُرى في الأنظمة البيولوجية، والتي تُظْهِر ديناميكيات تعاونية مكانية زمنية. هناك أدلة تشير إلى أن الخلايا العصبية تعمل بمنظومة تُدعى حافة الفوضى، ربما تقع في مكان مركزي بين التعقيد، وكفاءة التعلم، والقدرة على التكيف، والحوسبة التناظرية (غير البوليانية) بالأدمغة. وقد أظهرت الشبكات العصبية تعقيدًا حاسوبيًّا معزَّزًا عند تشغيلها على حافة الفوضى، كما طُرحت شبكات من العناصر الفوضوية لحل مشكلات التحسين الاندماجية أو العالمية. وبالتالي، قد يكون مصدر السلوك الفوضوي القابل للسيطرة، الذي يمكن دمجه في دائرة مستوحاة من الشبكات العصبية، مكوِّنًا ضروريًا في المنظومات الحاسوبية المستقبلية. وقد تمت محاكاة العناصر الفوضوية تلك باستخدام دوائر ترانزستور معقدة، تحاكي المعادلات المعروفة للفوضى، ولكن لا يزال يُفتقَد الوصول إلى تحقيق تجريبي للديناميكيات الفوضوية من جهاز إلكتروني فردي قابل للتوسع. يصف الباحثون ممرستورات من نوع "موت"، مكونة من ثاني أكسيد النيوبيوم (NbO2)، يبلغ عرض كل منها أقل من 100 نانومتر، وتُظْهِر مقاومة تفاضلية سلبية محكومة التيار، ويدفعها انتقال غير خطي، وكذلك مقاومة تفاضلية سلبية، تحكمها درجة الحرارة، ويدفعها تحوّل "موت". تشمل مواد "موت" تحوُّلًا في العازل المعدني، يعتمد على درجة الحرارة، وهو يعمل كمفتاح إلكتروني، يُحْدِث مقاومة داخل الجهاز، تَعتمِد تلك المقاومة على ما مرّ به من قبل. وقام الباحثون بدمج الممرستورات تلك بمذبذب استرخاء، ورصدوا مجموعة قابلة للضبط من الذبذبات الذاتية الدورية والفوضوية. وبَيَّن الباحثون أن انتقال التيار غير الخطي المقترن بالتقلبات الحرارية عند المقياس النانوي يولّد ذبذبات فوضوية. وقد تكون هذه الممرستورات مفيدة في أنواع معينة من الحوسبة المستوحاة من الخلايا العصبية، وذلك من خلال تقديم إشارة شبه عشوائية، تمنع المزامنة العالمية، وقد تساعد أيضًا في إيجاد حد أدنى عالمي في أثناء عملية بحث مقيدة. وأوضح الباحثون - بشكل خاص - أن دمج هذه الممرستورات بأجهزة شبكة "هوبفيلد" للحوسبة يمكنه أن يحسِّن بشكل كبير من كفاءة ودقة الاقتراب من حل المشكلات الصعبة حاسوبيًّا.