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Uma grande porcentagem da energia usada hoje é consumida na forma de energia elétrica para processar e armazenar dados e para operar os equipamentos e dispositivos terminais relevantes. Segundo as previsões, o nível de energia usado para esses fins aumentará ainda mais no futuro. Conceitos inovadores, como a computação neuromórfica, empregam abordagens de economia de energia para resolver esse problema. Em um projeto conjunto realizado por físicos experimentais e teóricos da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) com o financiamento de um ERC Synergy Grant, essa abordagem, conhecida como computação de reservatório browniano, foi realizada. Os resultados também foram apresentados recentemente como destaque dos editores no Dispositivos seção da revista científica Natureza Comunicações.
A computação browniana usa energia térmica ambiente
A computação de reservatório browniano é uma combinação de dois métodos de computação não convencionais. A computação browniana explora o fato de que os processos de computador geralmente são executados em temperatura ambiente, de modo que existe a opção de usar a energia térmica circundante e, assim, reduzir o consumo de eletricidade. A energia térmica utilizada no sistema computacional é basicamente o movimento aleatório das partículas, conhecido como movimento browniano; o que explica o nome desse método de computação.
A computação de reservatório é ideal para processamento de dados excepcionalmente eficiente
A computação de reservatório utiliza a resposta complexa de um sistema físico a estímulos externos, resultando em uma maneira extremamente eficiente de processar dados. A maior parte da computação é realizada pelo próprio sistema, que não requer energia adicional. Além disso, esse tipo de computador de reservatório pode ser facilmente personalizado para executar várias tarefas, pois não há necessidade de ajustar o sistema de estado sólido para atender a requisitos específicos.
Uma equipe liderada pelo professor Mathias Kläui, do Instituto de Física da Universidade de Mainz, apoiada pelo professor Johan Mentink, da Radboud University Nijmegen, na Holanda, conseguiu desenvolver um protótipo que combina esses dois métodos de computação. Este protótipo é capaz de realizar operações lógicas booleanas, que podem ser utilizadas como testes padrão para a validação da computação de reservatórios.
O sistema de estado sólido selecionado neste caso consiste em filmes finos metálicos exibindo skyrmions magnéticos. Esses vórtices magnéticos se comportam como partículas e podem ser conduzidos por correntes elétricas. O comportamento dos skyrmions é influenciado não apenas pela corrente aplicada, mas também por seu próprio movimento browniano. Esse movimento browniano de skyrmions pode resultar em economia de energia significativamente maior, pois o sistema é reinicializado automaticamente após cada operação e preparado para a próxima computação.
Primeiro protótipo desenvolvido em Mainz
Embora tenha havido muitos conceitos teóricos para a computação de reservatório baseada em skyrmion nos últimos anos, os pesquisadores em Mainz conseguiram desenvolver o primeiro protótipo funcional apenas ao combinar esses conceitos com o princípio da computação browniana. “O protótipo é fácil de produzir do ponto de vista litográfico e teoricamente pode ser reduzido a um tamanho de apenas nanômetros”, disse o físico experimental Klaus Raab. “Devemos nosso sucesso à excelente colaboração entre os físicos experimentais e teóricos aqui na Universidade de Mainz”, enfatizou o físico teórico Maarten Brems. O coordenador do projeto, professor Mathias Kläui, acrescentou: “Estou muito feliz que o financiamento fornecido por meio de uma bolsa de sinergia do Conselho Europeu de Pesquisa nos permitiu colaborar com colegas de destaque no Departamento de Física Teórica em Nijmegen, e foi essa colaboração que resultou em nossa Eu vejo um grande potencial na computação não convencional, um campo que também recebe amplo apoio aqui em Mainz por meio de financiamento da Carl Zeiss Foundation para o Emergent Algorithmic Intelligence Center.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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