Köyhän miehen kubitti

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa osoittaneet tavan rakentaa todennäköisyystietokone. Tämä piiri sisältää muokatun version magnetoresistiivisestä hajasaantimuistipiiristä (punainen) kahdeksan p-bitin kytkemiseksi toisiinsa.

Voi vielä kulua vuosikymmeniä, ennen kuin kvanttitietokoneet ovat valmiita ratkaisemaan ongelmia, joihin nykypäivän klassiset tietokoneet eivät yllä. Mutta Purduen ja Tohoku yliopistojen insinöörien kehittämä ”todennäköisyystietokone” voisi kattaa kuilun klassisen ja kvanttilaskennan välillä.

Insinööritutkijat ovat nyt rakentaneet ensimmäisen laitteiston, joka osoittaa, kuinka todennäköisyystietokoneen perusyksiköt - nimeltään p-bitit - kykenevät suorittamaan laskelman, joihin kvanttitietokoneita ajatellaan tarvittavan.

Tutkijoiden kehittämä piirirakenne toimii perustana rakentaa todennäköisyystietokoneita. Niillä voisi ratkaista tehokkaammin ongelmia sellaisilla aloilla kuin lääketutkimus, salaus ja kyberturvallisuus, rahoituspalvelut, datan analysointi ja toimitusketjun logistiikka.

Vuonna 2017 Purduen yliopiston professori Supriyo Dattan johtama tutkijaryhmä ehdotti ajatusta todennäköisyyspohjaisen tietokoneen p-bitistä, joka voi olla joko nolla tai ykkönen kerrallaan mutta vaihdella nopeasti näiden kahden välillä.

”On olemassa hyödyllinen osajoukko ongelmia, jotka voidaan ratkaista kubiteilla, mutta voidaan ratkaista myös p-biteillä. Voidaan sanoa, että p-bitti on ”köyhän miehen kubitti”, Datta toteaa.

Nyt rakennettu piirirakenne on muokattu versio magnetoresistiivisestä hajasaantimuistista eli MRAM:sta. Se käyttää magneettien suuntausta luomaan nollaa tai ykköstä vastaavat resistanssitilat.

Tohoku-yliopiston tutkijat muuttivat MRAM-piiriä tekemällä siitä tarkoituksellisesti epävakaan helpottamaan p-bittien kykyä vaihtaa tilaansa. Purduden tutkijat yhdistivät tämän transistoriin kootakseen yksikön, jonka vaihteluita voitaisiin hallita. Todennäköisyyslaskimen rakentamiseksi kahdeksan tällaista p-bittistä yksikköä kytketään toisiinsa.

Kokeiluissa laskin ratkaisi onnistuneesti lukujen 35, 161 ja 945 jaon kokonaislukujen tekijöihin. Nämä laskelmat ovat hyvin nykyisten klassisten tietokoneiden ajettavissa, mutta tutkijoiden mielestä esitetty todennäköisyysmalli vie paljon vähemmän tilaa ja energiaa.

"Sirulla tämä piiri käyttäisi samaa piirialan kuin transistori, mutta suorittaisi toiminnon, jonka suorittaminen olisi vaatinut tuhansia transistoreita. Se toimii myös tavalla, joka voisi nopeuttaa laskentaa suuren määrän p-bittien rinnakkaisen toiminnan avulla”, toteaa Ph.D. Ahmed Zeeshan Pervaiz.

Realistisesti satoja p-bittejä tarvitaan suurempien ongelmien ratkaisemiseksi - mutta sellainen ei ole liian kaukana toteutettavaksi, tutkijat visioivat.

"Lähitulevaisuudessa p-bitit voivat auttaa konetta oppimaan paremmin kuin ihminen tai optimoimaan tavaroiden reitin markkinoille", kommentoi Purduen tutkijatohtori Kerem Camsari.