O treinamento de uma rede neural é feito pelo posicionamento de elétrons individuais dentro da máquina atômica.
[Imagem: Mohammad Rashidi et al. - 10.1103/PhysRevLett.121.166801]
Simulador de elétrons
Embora as ferramentas da nanotecnologia tenham permitido controlar com grande precisão a colocação de átomos em uma superfície, duas limitações têm impedido aplicações eletrônicas práticas: os átomos só ficam onde são colocados sob temperatura criogênica, e só podem ser manipulados com facilidade em superfícies metálicas, que não são tecnologicamente muito úteis nessas dimensões.
Portanto, embora o controle atômico sobre estruturas não seja incomum - a ferramenta mais usada são os microscópios de força atômica -, fazer padrões customizados para criar novos dispositivos eletrônicos úteis está fora do alcance da nanotecnologia.
Ou estava, até agora.
Mohammad Rashidi, da Universidade de Alberta, no Canadá, construiu um aparelho, parte máquina atômica, parte circuito eletrônico, que cria padrões atômicos sob medida para, por sua vez, controlar os elétrons, superando os principais obstáculos que impedem a tecnologia atômica de estar disponível para as massas.
"Os átomos são um pouco como cadeiras nas quais os elétrons sentam. De forma muito parecida com que podemos afetar as conversas em um jantar controlando o agrupamento das cadeiras e quem senta nelas, controlar a colocação de átomos individuais e elétrons pode afetar as conversas entre os eletrônicos," disse o professor Robert Wolkow, coordenador da equipe de pesquisa.
Isto significa que tanto a robustez - dispensando as temperaturas criogênicas e o ambiente de vácuo - quanto a utilidade elétrica necessária estão agora ao alcance dos engenheiros. Além disso, as estruturas podem ser modeladas sobre superfícies de silício, o que significa que a técnica pode ser escalonada para condições usadas industrialmente.
"Esta é a cereja em um bolo que estamos assando há cerca de 20 anos. Nós aperfeiçoamos a padronagem de átomos de silício recentemente, então pusemos o aprendizado de máquina para assumir o controle [...]. Agora, liberamos os elétrons para seguir sua natureza - eles não podem sair do quintal que criamos, mas eles podem correr livremente e brincar com os outros elétrons lá dentro. As posições que os elétrons assumem, surpreendentemente, são os resultados de computações úteis," acrescentou Wolkow.
Máquina atômica rumo ao mercado
A equipe já está usando a tecnologia para construir uma máquina de maior escala que simula o funcionamento de uma rede neural, a ferramenta essencial da inteligência artificial.
Ao contrário das redes neurais normais, incorporadas em transistores e controladas por software, a máquina atômica exibe espontaneamente a relativa estabilidade energética dos seus padrões de bits. Esses, por sua vez, podem ser usados para treinar uma rede neural mais rapidamente e com precisão maior do que é atualmente possível.
Com a prova de conceito pronta, a pesquisa já despertou o interesse de vários grandes parceiros industriais, contou Wolkow, acrescentando que a produção em massa dessas tecnologias mais verdes, mais rápidas e ainda menores é iminente.
Artigo: Initiating and monitoring the evolution of single electrons within atom-defined structures
Autores: Mohammad Rashidi, Wyatt Vine, Thomas Dienel, Lucian Livadaru, Jacob Retallick, Taleana Huff, Konrad Walus, Robert A. Wolkow