El hardware fotónico-electrónico procesa datos 3D
Investigadores de la Universidad de Oxford, la Universidad de Muenster, la Universidad de Heidelberg y la Universidad de Exeter están desarrollando sistemas integrados hardware fotónico-electrónico capaz de procesar datos tridimensionales, lo que según el equipo aumenta el paralelismo del procesamiento de datos para tareas de IA.
Los investigadores agregaron una dimensión paralela adicional a la capacidad de procesamiento de sus chips multiplicadores de vectores de matriz fotónica previamente desarrollados al explotar múltiples frecuencias de radio diferentes para codificar los datos.
"Anteriormente asumimos que usar luz en lugar de electrónica podría aumentar el paralelismo solo mediante el uso de diferentes longitudes de onda, pero luego nos dimos cuenta de que el uso de radiofrecuencias para representar datos abre otra dimensión, permitiendo un procesamiento paralelo ultrarrápido para el hardware de IA emergente", dijo Bowei Dong. del Departamento de Materiales de la Universidad de Oxford.
Como caso de prueba, el equipo aplicó su hardware a la tarea de evaluar el riesgo de muerte súbita a partir de electrocardiogramas de pacientes con enfermedades cardíacas. Pudieron analizar con éxito 100 señales de electrocardiograma simultáneamente, identificando el riesgo de muerte súbita con una precisión del 93.5%.
Los investigadores estimaron además que incluso con una escala moderada de 6 entradas × 6 salidas, este enfoque podría superar a los procesadores electrónicos de última generación, proporcionando potencialmente una mejora 100 veces mayor en la eficiencia energética y la densidad informática. El equipo prevé mayores mejoras en el paralelismo informático en el futuro, mediante la explotación de más grados de libertad de la luz, como la polarización y la multiplexación de modos.
Dong, B., Aggarwal, S., Zhou, W. et al. Procesamiento de dimensiones superiores utilizando un núcleo tensor fotónico con datos de tiempo continuo. Nat. Fotón. (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01313-x
HSM construido con herramientas abiertas
El consorcio de investigación HEP liderado por el Instituto Leibniz de Microelectrónica de Alto Rendimiento utilizó herramientas abiertas EDA para definir, diseñar y fabricar un prototipo módulo de seguridad de hardware (HSM) dentro de dos años. El HSM incluye un acelerador criptográfico y funciones de seguridad a prueba de manipulaciones.
Las herramientas de desarrollo utilizadas en el proceso se integraron en un entorno de desarrollo común y se ampliaron para incluir la funcionalidad faltante. Esto incluyó la extensión del lenguaje de descripción de hardware abierto SpinalHDL para permitir la implementación semiautomática de propiedades de seguridad, la verificación formal del procesador VexRiscv basado en RISC-V y el desarrollo de un acelerador criptográfico de código abierto.
El equipo también desarrolló una herramienta de enmascaramiento abierta y semiautomática para evitar que los cálculos criptográficos sean rastreados a través de canales laterales.
El trabajo sienta las bases para el primer PDK europeo diseñado específicamente para herramientas abiertas, según los investigadores, que adaptaron la cadena de herramientas abiertas Openlane utilizada para convertir una descripción de hardware en diseños de chips tridimensionales para un proceso de fabricación europeo.
El chip de seguridad fabricado funciona, pero para los productos de seguridad de diseño abierto todavía faltan una memoria abierta no volátil y un generador de números aleatorios físico y abierto. Los socios del proyecto están trabajando en soluciones para ambos. El código para la instalación en una FPGA se ha puesto a disposición del público.
Fabian Buschkowski et al, EasiMask: hacia una implementación eficiente, automatizada y segura del enmascaramiento en hardware, Conferencia y exposición de diseño, automatización y pruebas en Europa de 2023 (2023) (2023). https://dx.doi.org/10.23919/DATE56975.2023.10137330
Arnd Weber et al, Cadenas de valor verificadas, innovación y competencia, Conferencia internacional IEEE de 2023 sobre seguridad cibernética y resiliencia (CSR) (2023). https://dx.doi.org/10.1109/CSR57506.2023.10224911
Borrando errores cuánticos
Investigadores de Caltech demostraron una manera de identificar y corregir para errores en los sistemas de computación cuántica conocidos como errores de "borrado".
"Normalmente es muy difícil detectar errores en las computadoras cuánticas, porque el solo hecho de buscar errores hace que ocurran más", dijo Adam Shaw, estudiante de posgrado en Caltech. "Pero demostramos que con un control cuidadoso, podemos localizar y borrar con precisión ciertos errores sin consecuencias, de ahí proviene el borrado de nombres".
El equipo se centró en ordenadores cuánticos basados en conjuntos de átomos neutros. Específicamente, manipularon átomos neutros alcalinotérreos individuales confinados dentro de "pinzas" hechas de luz láser. Los átomos fueron excitados a estados de Rydberg de alta energía, en los que los átomos vecinos comienzan a interactuar.
"Los átomos de nuestro sistema cuántico se comunican entre sí y generan entrelazamientos", dijo Pascal Scholl, ex becario postdoctoral en Caltech y ahora en Pasqal. “Sin embargo, a la naturaleza no le gusta permanecer en estos estados cuánticos entrelazados. Finalmente, se produce un error que rompe todo el estado cuántico. Estos estados entrelazados pueden considerarse como cestas llenas de manzanas, donde los átomos son las manzanas. Con el tiempo, algunas manzanas comenzarán a pudrirse, y si no se sacan de la canasta y se reemplazan por otras frescas, todas las manzanas se pudrirán rápidamente. No está claro cómo evitar por completo que se produzcan estos errores, por lo que la única opción viable hoy en día es detectarlos y corregirlos”.
El nuevo sistema de detección de errores está diseñado de tal manera que los átomos erróneos emiten fluorescencia o se iluminan cuando son impactados por un láser. "Tenemos imágenes de los átomos brillantes que nos dicen dónde están los errores, por lo que podemos dejarlos fuera de las estadísticas finales o aplicar pulsos láser adicionales para corregirlos activamente", añadió Scholl.
Al eliminar y localizar errores en su sistema atómico de Rydberg, el equipo afirma que pueden mejorar la tasa general de entrelazamiento. En el estudio, sólo uno de cada 1,000 pares de átomos no logró entrelazarse, un factor de mejora de 10 con respecto a lo logrado anteriormente.
Scholl, P., Shaw, AL, Tsai, R.BS. et al. Conversión de borrado en un simulador cuántico Rydberg de alta fidelidad. Naturaleza 622, 273–278 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06516-4
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