Πληροφορική-Kβαντικοi υπολ.-Νανοτεχνολογία.

[Δροσος Γεωργιος]

Ένα ακόμη βήμα πιο κοντά στους κβαντικούς υπολογιστές.

Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν ένα υπεραγώγιμο κβαντικό bit.

Η δημιουργία κβαντικών υπολογιστών αποτελεί το ιερό δισκοπότηρο στον τομέα της πληροφορικής αφού αυτοί οι υπολογιστές αναμένεται φέρουν επανάσταση στον σύγχρονο κόσμο. Η χρήση των κβαντικών υπολογιστών πιστεύεται ότι θα φέρει αδιανόητη ώθηση σε κάθε τομέα της επιστήμης και της τεχνολογίας. Μηχανικοί του Πανεπιστημίου Πρίνστον δημιούργησαν ένα υπεραγώγιμο κβαντικό bit που διαρκεί τρεις φορές περισσότερο από τα καλύτερα qubits που υπάρχουν σήμερα κάνοντας ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση των πρακτικών κβαντικών υπολογιστών.«Η πραγματική πρόκληση, αυτό που μας εμποδίζει να έχουμε χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές σήμερα, είναι ότι κατασκευάζεις ένα κβαντικό bit και οι πληροφορίες δεν διαρκούν πολύ», σημειώνει ο Άντριου Χάουκ, κοσμήτορας της Σχολής Μηχανικών του Πρίνστον και συνεπικεφαλής ερευνητής της μελέτης. «Αυτό είναι το επόμενο μεγάλο βήμα προς τα εμπρός», προσθέτει.Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature» η ομάδα του Πρίνστον περιγράφει ότι το νέο κβαντικό bit τους διαρκεί πάνω από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, δηλαδή τρεις φορές περισσότερο από το καλύτερο αποτέλεσμα που έχει καταγραφεί σε εργαστηριακές συνθήκες και σχεδόν 15 φορές περισσότερο από το βιομηχανικό πρότυπο για επεξεργαστές μεγάλης κλίμακας. Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα πλήρως λειτουργικό κβαντικό τσιπ βασισμένο σε αυτό το κβαντικό bit για να επικυρώσουν την απόδοσή του, ξεπερνώντας ένα από τα βασικά εμπόδια για την αποτελεσματική διόρθωση σφαλμάτων και την κλιμάκωση των βιομηχανικών συστημάτων.Ο σχεδιασμός του νέου κβαντικού bit είναι παρόμοιος με αυτά που ήδη χρησιμοποιούν εταιρείες, όπως η Google και η IBM, και σύμφωνα με τους ερευνητές μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί στους υπάρχοντες επεξεργαστές. Ο Χάουκ επισημαίνει ότι η τοποθέτηση των εξαρτημάτων του Πρίνστον στον καλύτερο κβαντικό επεξεργαστή της Google, Willow, θα του επέτρεπε να λειτουργεί 1.000 φορές καλύτερα. Σημειώνεται ότι τα οφέλη του κβαντικού bit του Πρίνστον αυξάνονται εκθετικά όσο μεγαλώνει το σύστημα, γεγονός που σημαίνει ότι η προσθήκη περισσότερων κβαντικών bits θα ενισχύσει ακόμη περισσότερο την απόδοση.Η Ναταλί Ντε Λεόν, συνδιευθύντρια της Quantum Initiative του Princeton και συνεπικεφαλής ερευνήτρια, τονίζει ότι το τσιπ όχι μόνο ξεπερνά σε απόδοση τα υπάρχοντα σχέδια αλλά είναι και ευκολότερο να παραχθεί μαζικά.Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε, κυρίως, από το υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, τα Εθνικά Κέντρα Έρευνας Κβαντικής Πληροφορικής και το Co-design Center for Quantum Advantage (C2QA), με μερική χρηματοδότηση από το «Google Quantum AI». Ο βραβευμένος με Νόμπελ Μισέλ Ντεβορέ, επικεφαλής επιστήμονας για το hardware στη «Google Quantum AI», δηλώνει ότι η πρόκληση της παράτασης του χρόνου ζωής των κυκλωμάτων κβαντικών υπολογιστών είχε γίνει «νεκροταφείο ιδεών» για πολλούς φυσικούς. «Η Ναταλί είχε το θάρρος να ακολουθήσει αυτήν τη στρατηγική και να την κάνει να λειτουργήσει» προσθέτει.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2030345/ena-akomi-vima-pio-konta-stoys-kvantikoys-ypologistes/

[Δροσος Γεωργιος]

Τεχνητή «φυλλωσιά» μετατρέπει φως, νερό και διοξείδιο του άνθρακα σε χρήσιμα προϊόντα.

Το επίτευγμα σηματοδοτεί μια νέα εποχή «πράσινης» χημείας.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ ανέπτυξαν μια συσκευή που λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια και μιμείται τη φωτοσύνθεση για να μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα, το ηλιακό φως και το νερό σε πολύτιμες χημικές ουσίες. Η μη τοξική “ημι-τεχνητή φυλλωσιά”  μπορεί να λειτουργεί συνεχώς και αποδοτικά παράγοντας φαρμακευτικές ενώσεις υψηλής καθαρότητας. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων στη χημική βιομηχανία και να σηματοδοτήσει μια νέα εποχή πράσινης χημείας.Οι επιστήμονες εντόπισαν έναν βιώσιμο νέο τρόπο παραγωγής βασικών χημικών ουσιών που αποτελούν τη βάση χιλιάδων προϊόντων της καθημερινότητας από πλαστικά και καλλυντικά μέχρι φαρμακευτικά σκευάσματα.Η παγκόσμια χημική βιομηχανία, η οποία μετατρέπει πρώτες ύλες (κυρίως ορυκτά καύσιμα) σε τελικά προϊόντα, ευθύνεται για περίπου 6% των παγκόσμιων εκπομπών άνθρακα. Τώρα μια ομάδα του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ αναπτύσσει καινοτόμες τεχνικές που θα μπορούσαν να «απο-ορυκτοποιήσουν» τον κλάδο καθιστώντας την παραγωγή χημικών πολύ πιο βιώσιμη.Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα υβριδικό σύστημα που συνδυάζει οργανικούς φωτοαπορροφητικούς πολυμερείς με βακτηριακά ένζυμα, ώστε να μετατρέπουν το ηλιακό φως, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε φορμικό οξύ, ένα καθαρό καύσιμο που μπορεί να τροφοδοτήσει άλλες χημικές αντιδράσεις.Αυτή η “φυλλωσιά” μιμείται τη φωτοσύνθεση των φυτών, λειτουργεί χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας και δεν περιέχει τοξικά ή ασταθή υλικά, σε αντίθεση με προηγούμενες εκδοχές. Είναι επίσης πιο σταθερή και αποδοτική χωρίς να χρειάζεται πρόσθετα που μειώνουν την απόδοση.Κατά τη διάρκεια των δοκιμών η ομάδα χρησιμοποίησε το φως του ήλιου για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε φορμικό οξύ και στη συνέχεια το χρησιμοποίησε σε μια αλυσιδωτή (“ντόμινο”) αντίδραση για την παραγωγή φαρμακευτικής ένωσης, επιτυγχάνοντας υψηλή καθαρότητα και απόδοση.Η έρευνα που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Joule» είναι η πρώτη που χρησιμοποιεί οργανικούς ημιαγωγούς ως το φως απορροφητικό στοιχείο ενός τέτοιου βιοϋβριδικού συστήματος ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα γενιά βιώσιμων τεχνητών φύλλων.«Αν θέλουμε να χτίσουμε μια κυκλική, βιώσιμη οικονομία, η χημική βιομηχανία είναι ένα μεγάλο, περίπλοκο πρόβλημα που πρέπει να λύσουμε» δήλωσε ο καθηγητής Έρβιν Ρέισνερ από το Τμήμα Χημείας Yusuf Hamied του Πανεπιστημίου Κέιμπριτζ.
«Πρέπει να βρούμε τρόπους να “απο-ορυκτοποιήσουμε” αυτόν τον κρίσιμο τομέα, ο οποίος παράγει τόσα σημαντικά προϊόντα που όλοι χρειαζόμαστε. Αν τα καταφέρουμε, είναι μια τεράστια ευκαιρία.»

Καθαρότερη προσέγγιση στη τεχνητή φωτοσύνθεση

Η ομάδα του Ρέισνερ ειδικεύεται στην ανάπτυξη τεχνητών φύλλων που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε καύσιμα και χημικές ενώσεις χωρίς χρήση ορυκτών καυσίμων. Πολλά από τα προηγούμενα σχέδια βασίζονταν σε συνθετικούς καταλύτες ή ανόργανους ημιαγωγούς, που αποσυντίθενται γρήγορα ή περιέχουν τοξικά στοιχεία όπως ο μόλυβδος.«Αν μπορέσουμε να αφαιρέσουμε τα τοξικά στοιχεία και να χρησιμοποιήσουμε οργανικά, τότε έχουμε μια καθαρή χημική αντίδραση με ένα μόνο επιθυμητό προϊόν χωρίς ανεπιθύμητες παρενέργειες. Η συσκευή μας συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των οργανικών ημιαγωγών που είναι ρυθμιζόμενοι και μη τοξικοί με βιοκαταλύτες που είναι εξαιρετικά επιλεκτικοί και αποδοτικοί» εξήγησε η Δρ. Σελίν Γενγκ συγγραφέας της μελέτης.

Επίλυση του Προβλήματος της Σταθερότητας των Ενζύμων

Οι περισσότεροι μηχανισμοί απαιτούν χημικά πρόσθετα (ρυθμιστικά διαλύματα) για να διατηρηθεί η δράση των ενζύμων, κάτι που περιορίζει τη διάρκεια ζωής τους. Η ομάδα του Κέιμπριτζ κατάφερε να λύσει αυτό το πρόβλημα ενσωματώνοντας το ένζυμο καρβονική ανυδράση μέσα σε μια πορώδη δομή τιτανίου, επιτρέποντας στη συσκευή να λειτουργεί σε απλό διάλυμα διττανθρακικού — παρόμοιο με ανθρακούχο νερό — χωρίς μη βιώσιμα πρόσθετα.«Ήταν σαν να λύνουμε ένα μεγάλο παζλ», δήλωσε ο Δρ. Γιονπενγκ Λιου μεταδιδακτορικός ερευνητής μέλος της ομάδας.«Χρειάστηκε χρόνος για να καταλάβουμε πώς να “ακινητοποιήσουμε” το ένζυμο πάνω στο ηλεκτρόδιο, αλλά τώρα βλέπουμε τους καρπούς αυτής της προσπάθειας»

Εντυπωσιακή Απόδοση και Ανθεκτικότητα

Οι δοκιμές έδειξαν ότι η συσκευή παρήγαγε υψηλά ρεύματα και πέτυχε σχεδόν τέλεια απόδοση στη διοχέτευση ηλεκτρονίων στις αντιδράσεις παραγωγής καυσίμου. Λειτούργησε πάνω από 24 ώρες συνεχόμενα, διπλάσιο χρόνο από προηγούμενα μοντέλα.Η ομάδα σκοπεύει να βελτιώσει περαιτέρω τη διάρκεια ζωής της συσκευής και να την προσαρμόσει ώστε να παράγει και άλλες χημικές ουσίες. «Δείξαμε ότι είναι δυνατό να δημιουργήσουμε ηλιακά συστήματα που είναι αποδοτικά, ανθεκτικά και απαλλαγμένα από τοξικά υλικά. Αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει μια βασική πλατφόρμα για την παραγωγή πράσινων καυσίμων και χημικών στο μέλλον μια πραγματική ευκαιρία για πράσινη καινοτομία στη χημεία» λέει ο Ρέισνερ.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2030886/techniti-fyllosia-metatrepei-fos-nero-kai-dioxeidio-toy-anthraka-se-chrisima-proionta/

[Δροσος Γεωργιος]

Το πρώτο τσιπ μικροκυμάτων υπόσχεται επανάσταση στη βιομηχανία υπολογιστών.

Λειτουργεί ταχύτερα από τους συμβατικούς επεξεργαστές πραγματοποιώντας πιο γρήγορα σύνθετες εργασίες.

Επιστήμονες στις ΗΠΑ δημιούργησαν έναν εντελώς νέο τύπο μικροτσίπ που χρησιμοποιεί μικροκύματα αντί για συμβατικά ψηφιακά κυκλώματα για να εκτελεί υπολογιστικές λειτουργίες. Ο επεξεργαστής αυτός που μπορεί να λειτουργεί ταχύτερα από τους συμβατικούς CPU είναι το πρώτο πλήρως λειτουργικό μικροκυματικό νευρωνικό δίκτυο (Microwave Neural Network, MNN) που χωράει σε ένα μόνο τσιπ σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Nature Electronics».Οι εφαρμογές υψηλού εύρους ζώνης, όπως η απεικόνιση ραντάρ, απαιτούν επεξεργασία εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας. Τα μικροκύματα, που λειτουργούν στο αναλογικό φάσμα, μπορούν να ανταποκριθούν σε αυτές τις ανάγκες γι’ αυτό και οι επιστήμονες ακολουθούν αυτή τη νέα προσέγγιση στην υπολογιστική τεχνολογία.«Επειδή μπορεί να παραμορφώνεται με προγραμματιζόμενο τρόπο σε ευρύ φάσμα συχνοτήτων ακαριαία, μπορεί να προσαρμόζεται για πολλαπλές υπολογιστικές εργασίες. Παρακάμπτει πολλά στάδια επεξεργασίας σήματος που τα ψηφιακά συστήματα πρέπει κανονικά να εκτελούν» αναφέρει ο Μπαλ Γκόβιντ διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Cornell, επικεφαλής της μελέτης.

Πώς λειτουργεί το «μικροκυματικό μυαλό»

Το τσιπ χρησιμοποιεί αναλογικά κύματα μικροκυμάτων μέσα σε ένα νευρωνικό δίκτυο τεχνητής νοημοσύνης δημιουργώντας ένα «φάσμα χτένας» ένα μοτίβο ομοιόμορφα κατανεμημένων γραμμών συχνοτήτων που επιτρέπει ταχείες και ακριβείς μετρήσεις.Τα νευρωνικά δίκτυα, που αποτελούν τη βάση του τσιπ, είναι σύνολα αλγορίθμων μηχανικής μάθησης εμπνευσμένων από τη δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου. Το μικροκυματικό νευρωνικό τσιπ χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικούς κόμβους συνδεδεμένους μέσα σε ρυθμιζόμενους κυματοδηγούς ώστε να αναγνωρίζει πρότυπα σε δεδομένα και να προσαρμόζεται σε νέες πληροφορίες.Το MNN επεξεργάζεται φασματικά στοιχεία (μεμονωμένες συχνότητες ενός σήματος), συλλαμβάνοντας χαρακτηριστικά δεδομένων σε ευρύ εύρος συχνοτήτων.

Επιδόσεις και ακρίβεια

Το τσιπ είναι ικανό να επιλύει απλές λογικές πράξεις αλλά και προηγμένους υπολογισμούς, όπως η αναγνώριση δυαδικών ακολουθιών ή προτύπων σε δεδομένα υψηλής ταχύτητας, με ακρίβεια 88%. Επειδή λειτουργεί στο αναλογικό φάσμα των μικροκυμάτων και χρησιμοποιεί πιθανοκρατική προσέγγιση, μπορεί να επεξεργάζεται δεδομένα σε ταχύτητες δεκάδων GHz — δηλαδή τουλάχιστον 20 δισεκατομμυρίων πράξεων το δευτερόλεπτο. Αυτό είναι πολύ ταχύτερο από τους οικιακούς επεξεργαστές, που λειτουργούν συνήθως στα 2,5–4 GHz.«Ο Μπαλ απέρριψε πολλά από τα συμβατικά σχέδια κυκλωμάτων για να πετύχει αυτό το αποτέλεσμα. Αντί να προσπαθήσει να μιμηθεί πλήρως τη δομή των ψηφιακών νευρωνικών δικτύων, δημιούργησε κάτι που μοιάζει περισσότερο με έναν ελεγχόμενο “πολτό” συχνοτήτων που τελικά παράγει υπολογισμούς υψηλής απόδοσης»  δήλωσε η Αλίσα Απσέλ διευθύντρια του Τμήματος Ηλεκτρολογίας και Μηχανικής Υπολογιστών στο Cornell.Ο Γκόβιντ πρόσθεσε ότι στα παραδοσιακά ψηφιακά συστήματα απαιτούνται περισσότερα κυκλώματα, περισσότερη ενέργεια και διορθώσεις σφαλμάτων για να διατηρηθεί η ακρίβεια. Αντίθετα, η πιθανοκρατική προσέγγιση του MNN εξασφαλίζει υψηλή ακρίβεια χωρίς επιπλέον ενεργειακό ή υπολογιστικό κόστος.

Ενεργειακή απόδοση και εφαρμογές

Η κατανάλωση ενέργειας του τσιπ είναι εντυπωσιακά χαμηλή — λιγότερη από 200 milliwatt (0,2 watt), περίπου όσο η ισχύς εκπομπής ενός κινητού τηλεφώνου. Για σύγκριση, οι περισσότεροι συμβατικοί CPU χρειάζονται τουλάχιστον 65 watt.Η χαμηλή αυτή κατανάλωση καθιστά το τσιπ κατάλληλο για φορητές συσκευές ή φορετή τεχνολογία, ενώ θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε edge computing — μειώνοντας την καθυστέρηση (latency) καθώς δε θα απαιτείται σύνδεση με κεντρικό διακομιστή. Επιπλέον, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για εκπαίδευση μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης προσφέροντας ισχυρή υπολογιστική απόδοση με ελάχιστη ενέργεια.Οι ερευνητές σκοπεύουν να απλοποιήσουν τη σχεδίαση, μειώνοντας τον αριθμό των κυματοδηγών και μικραίνοντας το τσιπ. Ένα πιο συμπαγές MNN θα μπορούσε να χρησιμοποιεί διασυνδεδεμένες «χτένες συχνοτήτων» δημιουργώντας πλουσιότερα φάσματα εξόδου και βελτιώνοντας την εκπαίδευση του νευρωνικού δικτύου.

Στη φωτογραφία το τσιπ μικροκυμάτων

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2032450/to-proto-tsip-mikrokymaton-yposchetai-epanastasi-sti-viomichania-ypologiston/