Illustrations montrant le fonctionnement de base de la synapse artificielle du NIST, qui pourraient connecter des processeurs et stocker des souvenirs dans de futurs ordinateurs neuromorphiques fonctionnant comme le cerveau humain. Une synapse est une connexion ou un commutateur entre deux cellules du cerveau. La synapse artificielle du NIST est un minuscule cylindre métallique qui traite les pics électriques entrants pour personnaliser les signaux de sortie de pics basés sur une conception interne réglable. Les chercheurs appliquent des impulsions de courant pour contrôler le nombre de nanoclusters pointant dans la même direction. , comme le montrent les dessins animés « désordonnés » contre « ordonnés ». Cette conception, dans lequel différentes entrées modifient l'alignement et les signaux de sortie résultants, est inspiré par le fonctionnement du cerveau. Crédit :NIST
Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont construit un commutateur supraconducteur qui « apprend » comme un système biologique et pourrait connecter des processeurs et stocker des souvenirs dans de futurs ordinateurs fonctionnant comme le cerveau humain.
Le commutateur NIST, décrit dans Avancées scientifiques , s'appelle une synapse, comme son homologue biologique, et il fournit une pièce manquante pour les ordinateurs dits neuromorphiques. Envisagé comme un nouveau type d'intelligence artificielle, de tels ordinateurs pourraient améliorer la perception et la prise de décision pour des applications telles que les voitures autonomes et le diagnostic du cancer.
Une synapse est une connexion ou un commutateur entre deux cellules du cerveau. La synapse artificielle du NIST, un cylindre métallique trapu de 10 micromètres de diamètre, ressemble à la réalité car elle peut traiter les pointes électriques entrantes pour personnaliser les signaux de sortie de pointe. Ce traitement est basé sur une conception interne flexible qui peut être ajustée par l'expérience ou son environnement. Plus il y a de tirs entre les cellules ou les processeurs, plus la connexion est forte. Les synapses réelles et artificielles peuvent ainsi maintenir d'anciens circuits et en créer de nouveaux. Même mieux que la vraie chose, la synapse du NIST peut se déclencher beaucoup plus rapidement que le cerveau humain, 1 milliard de fois par seconde, par rapport aux 50 fois par seconde d'une cellule cérébrale, en utilisant juste une bouffée d'énergie, environ un dix millième d'une synapse humaine. En termes techniques, l'énergie de pointe est inférieure à 1 attojoule, inférieure à l'énergie de fond à température ambiante et égale à l'énergie chimique liant deux atomes dans une molécule.
"La synapse du NIST a des besoins énergétiques inférieurs à ceux de la synapse humaine, et nous ne connaissons aucune autre synapse artificielle qui utilise moins d'énergie, ", a déclaré le physicien du NIST, Mike Schneider.
La nouvelle synapse serait utilisée dans des ordinateurs neuromorphiques constitués de composants supraconducteurs, qui peut transmettre l'électricité sans résistance, et donc, serait plus efficace que d'autres conceptions basées sur des semi-conducteurs ou des logiciels. Les données seraient transmises, traitées et stockées en unités de flux magnétique. Des dispositifs supraconducteurs imitant des cellules cérébrales et des lignes de transmission ont été développés, mais jusqu'à maintenant, des synapses efficaces – un élément crucial – ont fait défaut.
Le cerveau est particulièrement puissant pour des tâches telles que la reconnaissance de contexte, car il traite les données à la fois en séquence et simultanément et stocke les souvenirs dans des synapses dans tout le système. Un ordinateur conventionnel traite les données uniquement en séquence et stocke la mémoire dans une unité séparée.
La synapse NIST est une jonction Josephson, longtemps utilisé dans les normes de tension NIST. Ces jonctions sont un sandwich de matériaux supraconducteurs avec un isolant en guise de remplissage. Lorsqu'un courant électrique à travers la jonction dépasse un niveau appelé courant critique, des pointes de tension sont produites. La synapse utilise des électrodes de niobium standard mais possède un remplissage unique composé d'amas de manganèse à l'échelle nanométrique dans une matrice de silicium.
