De parallelle ‘goudcomputer’ (verbeeld)

Neem enkele tientallen gouddeeltjes van zo’n 20 nm (1 nm = 1 miljardste meter) op zo’n 1 nm van elkaar, omring het geheel aan goudkorreltjes met elektroden en het lijkt er op dat je dan iets krijgt dat op een neuraal netwerk lijkt. Dat zou de uitkomst zijn van een studie van een stel onderzoekers in Twente naar een computer die snel werkt en weinig energie vergt. Voorlopig werkt de ‘goudcomputer’ alleen nog maar bij heel lage temperatuur (0,3 K).
De deeltjes worden bij elkaar gehouden door een dun laagje octaanthiol, dat er voor zorgt dat ze elektrisch van elkaar geïsoleerd zijn. Het schijnt dat die deeltjes een niet-lineair gedrag vertonen, hetzelfde gedrag dat wordt gezien bij een eenelektrontransisistor. “Als je er een extra elektron op wil zetten, dan wordt dat tegengewerkt door Coulombkrachten van de elektronen die al op het gouddeeltje zitten. Bij een klomp goud merk je dat niet, maar bij kleine bolletjes gaat dat wel een rol spelen. Onder invloed van een toenemend spanningsverschil zie je dat stapsgewijs telkens een elektron wordt toegelaten”, zegt onderzoeker Wilfred van der Wiel van de universiteit Twente. Die elektronen kunnen door tunnelen via het octaanthiol aan andere deeltjes worden doorgegeven. Of dat gebeurt en hoe, is afhankelijk van de spanningsverschillen.

Het goudklompje, bestaand uit de losse deeltjes, werd omringd door acht elektrodes. De ‘goudcomputer’ ging rekenen als de juiste voltages aan vijf elektrodes werden afgeleverd (twee vormen de in- en een de uitgang van de ‘goudcomputer’). Op de een of andere wijze organiseerden de gouddeeltjes zich dan tot een netwerk van wat lijkt op transistoren (de eenheden van een ‘normale’ chip), dat niet de vaste verbindingen heeft van een klassieke chip. Daardoor, is de voor mij niet goed te volgen verklaring, zouden die berekeningen minder energie kosten dan in die klassieke chip.
Welke spanningen nodig waren om het geheel aan de praat te krijgen moesten de onderzoekers zien uit te vinden via gissen en missen. Daarbij gebruikten ze een zogeheten genetisch algoritme, een opzet die leentjebuur zou hebben gespeeld bij de evolutieleer van Darwin. Er werden veel sets van verschillende spanningen uitgeprobeerd, waarbij die sets afvielen die niks zinnigs (?) opleverden. Met de overige sets van spanningen gingen ze verder enzoverder, met als uiteindelijke resultaat dat de verzameling gouddeeltjes zich gingen ‘gedragen’ zoals de onderzoekers hoopten dat ze zouden doen.
Als bewijs dat het werkte vond het ‘genetische’ algoritme de voltages die het systeempje van gouddeeltjes transformeerde in een logische poort, een van de bouwstenen van de ‘normale’ chips. Ze vonden zelfs de combinatie van voltages voor een logische eenheid van een hogere orde. Van der Wiel: “Dit toont aan dat je op een heel andere manier kunt rekenen.”
Voor dat alles moesten de gouddeeltjes wel afgekoeld worden tot 0,3 graden boven het absolute nulpunt, maar door de deeltjes kleiner te maken zou de temperatuur omhoog kunnen. Volgens Van der Wiel is er geen reden aan te nemen dat dit systeem niet zou kunnen werken bij kamertemperatuur.
Hij hoopt dat het onderzoek zal leiden tot processoren die met taken aan de gang kunnen gaan waar de klassieke chips het moeilijk mee hebben, zoals patroonherkenning. De ‘goudcomputer’ werkt, andere dan de klassieke chip, parallel, net zoals we denken dat de hersencellen in ons brein werken (vandaar ook de term neurale netwerken). We wachten in spanning af. Voorlopig zal de ‘goudcomputer’ nog wel een labonderwerp blijven, denk ik, maar de aanpak is opmerkelijk.

Bronnen: c2w, New Scientist