Низкоэнергетический соперник квантового компьютера, работающий при комнатной температуре, может стать результатом исследований, проведенных в Университете Гетеборга. Исследователи показали, что информация может передаваться с помощью движения магнитных волн в сложных сетях.
Спинтроника изучает магнитные явления в нанотонких слоях магнитных материалов, которые подвергаются воздействию магнитных полей, электрических токов и напряжения. Эти внешние раздражители могут создавать спиновые волны — колебания намагниченности материала, которые распространяются с определенной фазой и энергией.
Исследователи могут генерировать и контролировать спиновые волны, обеспечивая фазовую синхронизацию между двумя так называемыми спиновыми наноосцилляторами Холла. Контролируя фазу этих волн, исследовательская группа смогла создать бинарные фазы в сети. Впервые ученые показали, что спиновые волны могут опосредовать как синфазную, так и противофазную синхронизацию между осцилляторами. Это явление можно регулировать, изменяя магнитное поле, электрический ток, напряжение на затворе или расстояние между осцилляторами.
Эти достижения открывают путь к созданию следующего поколения машин Изинга — альтернативы квантовым компьютерам, которые требуют гораздо меньше энергии и могут работать при комнатной температуре.
Квантовые компьютеры и машины Изинга полезны для решения так называемых комбинаторных оптимизационных задач, где целью является не точный ответ на вопрос, а наилучшее предположение. Многие модели ИИ нацелены на создание предположений, которые достаточно хороши для этой цели. В современных компьютерах эти функции ИИ требуют большой вычислительной мощности и, следовательно, потребляют энергию.
«С помощью спиновых волн мы приблизились к созданию высокоэффективных вычислительных систем с низким энергопотреблением, способных решать реальные задачи», — говорит Акаш Кумар, ведущий автор исследования, опубликованного в научном журнале Nature Physics.
После этого прорыва исследователи из Университета Гетеборга собирают сети из сотен тысяч осцилляторов, чтобы создать следующее поколение машин Изинга. Поскольку осцилляторы работают при комнатной температуре и имеют наноразмерную площадь, эти устройства могут быть легко адаптированы как к большим системам, так и к небольшим гаджетам, таким как мобильный телефон.
«Спинтроника способна оказать влияние на множество различных областей, от ИИ и машинного обучения до телекоммуникаций и финансовых систем. Способность контролировать спиновые волны и манипулировать ими на наноуровне может привести к созданию более мощных и эффективных датчиков и даже высокочастотных машин для торговли акциями», — говорит Акаш Кумар.
Машина Изинга — это новый тип вычислительной системы, которая имитирует то, как магнитные спины в физическом материале организуются для достижения стабильного состояния. В основном она используется для эффективного решения сложных оптимизационных задач. Вместо пошаговых вычислений, как в обычных компьютерах, множество маленьких спинов системы работают вместе, чтобы быстро найти наилучший ответ. Машина Изинга программируется силой связи между различными спинами. Если связь положительная, спины будут направлены в одну сторону (синфазно), а если отрицательная — в противоположную (противофазно). Решение задачи считывается как конечное направление всех различных спинов после их оптимального выравнивания.
