रेडॉक्स गेटिंग छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स में नई दक्षता स्तरों की ओर ले जा सकता है

रेडॉक्स गेटिंग के साथ माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में सुधार

कंप्यूटर चिप्स जैसी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में ट्रांजिस्टर लगातार छोटे होते जा रहे हैं, जिससे उन्हें कुशलता से बनाना अधिक कठिन हो रहा है।

यह ऊर्जा खपत और उत्पन्न होने वाले गर्मी को प्रबंधित करने में भी बढ़ती समस्याएँ पैदा करता है।

एआई के उछाल का मतलब है कि यह ऊर्जा खपत विस्फोटक रूप से बढ़ सकती है, भविष्यवाणियों के अनुसार 2030 तक एआई वैश्विक ऊर्जा मांग का 3% से 4% तक हिस्सा ले सकता है. यह क्वांटम कंप्यूटिंग के उछाल से पहले है, एक क्षेत्र जिसे हमने अपने लेख “The Current State of Quantum Computing ” में नवीनतम प्रगति के बारे में चर्चा की थी।

परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित करने के नए तरीकों की आवश्यकता है, जिसमें क्वांटम स्तर पर भी शामिल है।

इसलिए, यह रोमांचक समाचार है कि यू.एस. डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) के आर्गोन नेशनल लैबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने एक नई प्रकार की ट्रांजिस्टर जैसी प्रणाली प्रदर्शित की है जो बहुत कम वोल्टेज पर काम करती है, जिसे रेडॉक्स गेटिंग कहा जाता है।

रेडॉक्स गेटिंग क्या है?

उनके प्रकाशन “विस्मयकारी कैरियर मॉड्यूलेशन और अद्वितीय चरण नियंत्रण के लिए रेडॉक्स गेटिंग,” में वे रेडॉक्स गेटिंग और रेडॉक्स-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के मूल सिद्धांतों की व्याख्या करते हैं।

सामान्यतः, सिलिकॉन ट्रांजिस्टर इलेक्ट्रिक फ़ील्ड पर निर्भर होते हैं ताकि ट्रांजिस्टर द्वारा कंप्यूटिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित किया जा सके।

इसके बजाय, रेडॉक्स गेटिंग कम वोल्टेज करंट का उपयोग करती है और इसे “इलेक्ट्रॉन गेट” पर लागू करती है। जब वोल्टेज एक निश्चित सीमा से ऊपर जाता है, तो गेट खुल जाता है और इलेक्ट्रॉनों को गुजरने देता है। इलेक्ट्रॉन एक रेडॉक्स सामग्री (एक अणु जो इलेक्ट्रॉन “देने” में सक्षम है) द्वारा प्रदान किया जाता है, इसलिए इसे “रेडॉक्स गेटिंग” कहा जाता है।

रेडॉक्स सामग्री को बिना किसी क्षति के पुनः चक्रित किया जा सकता है, जिससे यह अधिकतर रासायनिक प्रतिक्रिया बन जाती है न कि इलेक्ट्रॉनिक, और इसे लगभग अनंत बार दोहराया जा सकता है।

स्रोत: Advanced Materials

शोधकर्ताओं ने रेडॉक्स गेटिंग सिद्धांत को कम से कम 3 विभिन्न सामग्रियों के साथ प्रदर्शित किया:

• संयोजित पॉली(आयनिक लिक्विड्स) (PILs)
• धातु-युक्त PILs
• सरल धातु लवण।

उच्च क्षमता वाले गेट डाइइलेक्ट्रिक टंगस्टन (VI) ऑक्साइड (WO3) और वैनेडियम (IV) ऑक्साइड (VO2) से बनाए गए थे।

इस शोध कार्य को पहले से मौजूद सुविधाओं के धन्यवाद संभव हुआ, जो सामग्री का उत्पादन और रेडॉक्स गेट्स का विश्लेषण करने में मदद करती हैं, जैसे कि आर्गोन के सेंटर फॉर नैनोस्केल मैटीरियल्स और आर्गोन के एडवांस्ड फोटॉन सोर्स।

रेडॉक्स गेटिंग की संभावनाएँ

ऊर्जा खपत

क्योंकि परीक्षण किए गए रेडॉक्स गेट्स आधे वोल्ट जैसी बहुत कम शक्ति पर काम करते हैं, यह बहुत कम ऊर्जा खपत और बहुत कम गर्मी उत्पन्न करने वाले माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के मार्ग को खोल सकता है।

जैसे-जैसे कंप्यूटिंग क्षमता और उसकी ऊर्जा उपयोग आगे की एआई प्रगति के लिए बाधा बन सकती है, अधिक ऊर्जा दक्षता और कम ठंडक की आवश्यकता बहुत महत्वपूर्ण हो सकती है।

रेडॉक्स गेटिंग तंत्र की बहुमुखी प्रतिभा भी पर्यावरण के अनुकूल सामग्री के अपनाने और नवाचारी डिवाइस आर्किटेक्चर के विकास के मार्ग को प्रशस्त करना हो सकती है।

क्वांटम कंप्यूटिंग

क्वांटम कंप्यूटिंग एक उभरता हुआ क्षेत्र है जो उन समस्याओं को हल करने का वादा करता है जो सामान्य सिलिकॉन ट्रांजिस्टरों से लगभग असंभव हैं।

रेडॉक्स गेटिंग क्वांटम कंप्यूटिंग की प्रगति में भी योगदान दे सकती है। विशेष रूप से, यह कम शक्ति पर कार्य करने वाले क्वांटम लॉजिक गेट्स के विकास में मदद कर सकती है।

ध्यान देने योग्य है कि क्वांटम कंप्यूटर एक-अंकीय क्यूबिट्स से लेकर हाल ही में हजारों क्यूबिट्स की सीमा पार कर चुके हैं, इसलिए शक्ति खपत को नियंत्रण में रखना इस क्षेत्र को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए आवश्यक हो सकता है।

मस्तिष्क-समान गणनाएँ

रेडॉक्स गेटिंग का एक और आशाजनक पहलू यह है कि यह बहुत कम वोल्टेज पर काम करता है और इलेक्ट्रॉन प्रवाह को सूक्ष्म रूप से समायोजित करने की अनुमति देता है।

यह ठीक उसी तरह है जैसे मानव न्यूरॉन विद्युत संकेतों को प्रोसेस और बढ़ाते हैं। इसलिए, यह अंततः ऐसे इलेक्ट्रॉनिक चिप डिज़ाइन के विकास को संभव बना सकता है जो मस्तिष्क की तरह कार्य करते हैं।

ध्यान देने योग्य है कि मस्तिष्क संभवतः कम वोल्टेज वाले एनालॉग गणनाओं (ग्रेडेशन, न कि पूर्ण 1 और 0) और संभावित क्वांटम कंप्यूटिंग प्रभावों (क्वांटम माइंड थ्योरी) के माध्यम से “गणना” करता है, यह (एकमात्र?) तरीका हो सकता है मानव-समान क्षमताओं या वास्तविक चेतना वाले एआई को बनाने का।

निष्कर्ष

रेडॉक्स गेटिंग शुरू में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में एक बहुत ही अस्पष्ट और विशेष विचार लग सकता है।

हालांकि, यह दर्शाता है कि अर्धचालक और कंप्यूटिंग केवल ट्रांजिस्टर के आकार को घटाने तक सीमित नहीं हैं। अन्य नवाचारों के साथ मिलकर, यह कम वोल्टेज, कम अपशिष्ट गर्मी, और कम विषाक्तता वाले चिप्स के मार्ग को खोल सकता है।

और वे आगे आने वाले दशकों में क्वांटम कंप्यूटिंग की संभावनाओं को बढ़ाने के साथ-साथ मस्तिष्क-समान कंप्यूटिंग सिस्टमों की आधारशिला भी बन सकते हैं।