Reservoir computing nodes utilizing single-electron effects in random arrays of nanoparticles

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Mizugaki Yoshinao 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30280887)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ナノテクノロジー / 単一電子トランジスタ / ナノ粒子 / 実験 / 非線形応答 / リザバー計算 / 波形生成タスク / 短期記憶容量

Outline of Final Research Achievements

In this research, we demonstrated that a random network of gold nanoparticles functioned as a physical reservoir. Nanoparticle aggregates with 6 or 12 electrodes were fabricated using dielectrophoresis or multi-step immersion methods. The device properties at liquid helium and liquid nitrogen temperatures were evaluated through typical reservoir computing tasks such as waveform reconstruction and short-term memory. Our devices worked as ultra-small physical reservoirs that utilized nonlinearities due to the Coulomb blockade, and are expected to be applied to reservoir computing.

Free Research Field

電子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人工知能や機械学習による情報処理システム構築において，リザバーコンピューティングが注目されている。そのリザバー部を物理システムで実現するのが物理リザバーであり，これまでにソフトマテリアル系，光系，スピン系など種々の実装方式が報告されている。本研究課題では，金ナノ粒子集合体が物理リザバーとして機能することを実証した。これはクーロン閉塞を動作原理とする物理リザバーであり，新たな実装方式の提案となる。