В результате исследований, проведённых в Гётеборгском университете, может появиться низкоэнергетический конкурент квантового компьютера, который также работает при комнатной температуре. Исследователи показали, что информацию можно передавать 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 напряжений. Эти внешние воздействия также могут создавать спиновые волны — колебания в намагниченности материала, которые распространяются с определённой фазой и энергией. Работа опубликована в научном издании Nature Physics.

Исследователи могут генерировать спиновые волны и управлять ими, обеспечивая взаимную синхронизацию между двумя так называемыми спиновыми холловскими наноосцилляторами. Управляя фазой этих волн, исследовательская группа смогла генерировать бинарные фазы в сети. Впервые они показали, что спиновые волны могут передавать как синфазные, так и антифазные сигналы между осцилляторами. Это явление можно регулировать, изменяя магнитное поле, электрический ток, приложенное напряжение затвора или расстояние между осцилляторами.

Выдает наилучшую догадку

Эти достижения открывают путь к следующему поколению машин Изинга — альтернативе квантовым компьютерам, которая требует гораздо меньше энергии и может работать при комнатной температуре. Квантовые компьютеры и машины Изинга полезны для решения так называемых задач комбинаторной оптимизации, когда цель состоит в том, чтобы получить наилучшее предположение, а не точный ответ на задачу. Многие модели ИИ нацелены на получение предположений, которые достаточно хороши для поставленной цели. В современных компьютерах эти вычисления ИИ требуют большой вычислительной мощности и, следовательно, потребляют энергию.

Сети генераторов

С помощью спиновых волн мы приближаемся к созданию высокоэффективных вычислительных систем с низким энергопотреблением, которые могут решать задачи реального мира.

Акаш Кумар, ведущий автор исследования

После этого прорыва исследователи из Гётеборгского университета теперь создают сети из сотен тысяч осцилляторов для разработки машин Изинга следующего поколения. Поскольку осцилляторы работают при комнатной температуре и имеют наноразмерные габариты, эти устройства можно легко адаптировать как для более крупных систем, так и для небольших устройств, например мобильных телефонов.

Спинтроника может повлиять на многие сферы, от искусственного интеллекта и машинного обучения до телекоммуникаций и финансовых систем. Способность контролировать и управлять спиновыми волнами на наноуровне может привести к разработке более мощных и эффективных датчиков и даже высокочастотных машин для торговли акциями.

Акаш Кумар, ведущий автор исследования

Напомним, что Машина Изинга — это вычислительная система нового типа, которая имитирует то, как магнитные моменты в физическом материале организуются для достижения стабильного состояния. В основном она используется для эффективного решения сложных задач оптимизации. Вместо пошаговых вычислений, как в обычных компьютерах, множество маленьких "моментов" системы работают вместе, чтобы быстро найти оптимальное решение. Машина Изинга программируется с помощью силы связей между различными моментами. Если связь положительная, то спины будут направлены в одну сторону (в фазе), а если отрицательная, то в противоположные стороны (в противофазе). Решение задачи заключается в определении окончательного направления всех различных спинов после их оптимальной ориентации.

Ученые открыли пузырьки, движение которых не поддается логике.

Фото: pxhere.com