Fig. 1 Dans l'informatique de réservoir, la propagation de l'information est comme des ondulations d'ondes à la surface d'une masse d'eau; par conséquent, le terme "réservoir" est utilisé. L'électrode sous-marine illustrée est l'électrode multi-terminale réelle utilisée dans cette étude. Crédit :Megumi Akai-Kasaya et al.
Après plusieurs décennies de développements étonnants, les progrès de l'informatique basée sur les semi-conducteurs commencent à ralentir à mesure que les transistors atteignent leurs limites physiques en taille et en vitesse. Cependant, les besoins en informatique ne cessent de croître, notamment en intelligence artificielle, où les réseaux de neurones comportent souvent plusieurs millions de paramètres. Une solution à ce problème est l'informatique de réservoir, et une équipe de chercheurs dirigée par l'Université d'Osaka, avec des collègues de l'Université de Tokyo et de l'Université d'Hokkaido, a développé un système simple basé sur des réactions électrochimiques dans le courant faradique qui, selon eux, relancera les développements. dans ce champ.
Le calcul de réservoir est une idée relativement récente en informatique. Au lieu des programmes binaires traditionnels exécutés sur des puces semi-conductrices, les réactions d'un système dynamique non linéaire - le réservoir - sont utilisées pour effectuer une grande partie du calcul. Divers systèmes dynamiques non linéaires allant des processus quantiques aux composants laser optiques ont été considérés comme des réservoirs. Dans cette étude, les chercheurs ont examiné la conductance ionique des solutions électrochimiques.
"Notre dispositif de test simple se compose de 90 paires d'électrodes planes avec une solution ionique déposée sur sa surface", explique le professeur Megumi Akai-Kasaya, auteur principal de l'étude. "La tension de réponse à la tension d'entrée est alors utilisée comme réponse du réservoir." Cette réponse en tension est due à la fois aux courants ioniques qui traversent la solution et au courant électrochimique. Cette relation entrée-sortie est à la fois non linéaire et reproductible, ce qui la rend appropriée pour une utilisation dans le calcul des réservoirs. Un système unique d'acquisition de données multivoies sur l'appareil contrôle les nœuds de lecture, ce qui permet des tests en parallèle.
Fig. 2 Calcul de réservoir physique et construction d'un réservoir à base moléculaire. (a) Structure de l'informatique réservoir traditionnelle. (b) Concept de notre système informatique de réservoir physique. Crédit :Megumi Akai-Kasaya et al., Sciences avancées
Les chercheurs ont utilisé l'appareil pour évaluer deux liquides :des molécules de polyoxométalate en solution et de l'eau déminéralisée. Le système a affiché une "connexion directe" entre les nœuds, quel que soit l'échantillon utilisé. Cependant, il y avait des différences. "La solution de polyoxométalate a augmenté la diversité du courant de réponse, ce qui la rend efficace pour prédire les signaux périodiques", explique le professeur Akai-Kasaya. "Mais il s'avère que l'eau désionisée est la meilleure pour résoudre les problèmes non linéaires de second ordre." Les bonnes performances de ces solutions démontrent leur potentiel pour des tâches plus compliquées, telles que la reconnaissance de polices d'écriture manuscrite, la reconnaissance de mots isolés et d'autres tâches de classification.
Fig. 3 (a) Structure de la molécule de polyoxométalate (POM). (b) Schematic of the electrochemical-reaction-based reservoir. (c) Responses of the POM solution (left) and deionized water (right) to a sinusoidal signal and their prediction performances on a quadruple sine (QDW) target signal. (d) Prediction performances of the POM solution and water on a nonlinear target signal. Credit:Megumi Akai-Kasaya et al., Advanced Science
The researchers believe that proton or ion transfer with minimal electrochemical reactions over short durations has the potential for development as a more computationally powerful computing system that is low in cost and energy efficient. The simplicity of the proposed system opens up exciting new opportunities for developing computing systems based on electrochemical ion reactions.
