Dos bits aos p-bits: Um passo mais perto da computação probabilística

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/09/2022

Esquema do componente de junção de túnel superparamagnético. No detalhe, vista superior por microscópio eletrônico de varredura do componente real.
[Imagem: S. Kanai]

Bits probabilísticos

Várias equipes ao redor do mundo estão trabalhando em um conceito emergente chamado computação probabilística.

Esse tipo de computador infere as possíveis respostas para um problema a partir de entradas complexas. E, como funciona à temperatura ambiente, ele preenche a lacuna entre a computação clássica e a computação quântica.

Imagine, por exemplo, que você esteja procurando uma molécula que funcione bem como medicamento: Provavelmente não existirá "a" molécula perfeita, mas sim diversas moléculas que podem cumprir a função com diferentes eficiências.

Para encontrar a melhor opção, é muito mais eficiente usar os chamados bits probabilísticos, ou p-bits, que apresentam probabilidades, em vez de taxativos "0" ou "1".

Embora já existam protótipos de processadores probabilísticos, o grande desafio tem sido mensurar, diretamente nesses componentes eletrônicos, toda a gama de possíveis resultados.

Agora é possível medir com precisão todo o comportamento do p-bit.
[Imagem: Takuya Funatsu et al. - 10.1038/s41467-022-31788-1]

Entendendo as flutuações do p-bit

Agora, pesquisadores da Universidade de Tohoku, no Japão, conseguiram desenvolver uma equação que descreve com precisão o que acontece dentro das células de memória probabilística à medida que seus minúsculos ímãs "flutuam" entre estados, controlados por uma corrente elétrica ou um campo magnético.

Existem várias maneiras de se construir um processador probabilístico, mas Takuya Funatsu e seus colegas estão apostando em componentes chamados junções de túnel magnético, já usados na spintrônica. Esses componentes são feitos de duas camadas de metal magnético, separadas por um isolante ultrafino.

Quando são ativados termicamente, sob uma corrente elétrica e um campo magnético, os elétrons atravessam a camada isolante diretamente, graças a um fenômeno quântico chamado tunelamento. Isso causa flutuações no momento magnético do elétron - seu spin -, o que significa que ele já está funcionando como um p-bit.

O grande problema era decifrar essas flutuações, e foi justamente isso que a equipe japonesa conseguiu.

"Nós esclarecemos experimentalmente o 'expoente de comutação' que governa a flutuação sob as perturbações causadas pelo campo magnético e pelo torque de transferência de spin em junções de túneis magnéticos," detalhou o professor Shun Kanai. "Isso nos dá a base matemática para implementar junções de túnel magnético no p-bit para projetar computadores probabilísticos de forma sofisticada. Nosso trabalho também mostrou que esses componentes podem ser usados para investigar uma física inexplorada, relacionada a fenômenos termicamente ativados."

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