Новое устройство для хранения и обработки информации — прорыв в квантовой физике и искусственном интеллекте

«Квантовые материалы открывают большие перспективы для улучшения возможностей современных компьютеров», — объясняет Эндрю Кент, физик из Нью-Йоркского университета и один из старших исследователей. «Работа опирается на их свойства при создании новой структуры для вычислений».

Схема наноконстрикционного спинтронного резонатора (а), на котором изображены электрические контакты сигнала (S) и заземления (G), а также ток (b), измеренный при 200 нанометрах. Предоставлено: физический факультет Нью-Йоркского университета.

О творении, разработанном в сотрудничестве с исследователями из Калифорнийского университета Сан-Диего (UCSD) и Университета Париж-Сакле, сообщается в журнале Nature. Научные отчеты.

«Поскольку обычные вычисления достигли своих пределов, разрабатываются новые вычислительные методы и устройства», — добавляет Иван Шуллер, физик UCSD и один из авторов статьи. «Они могут произвести революцию в вычислениях, и однажды они могут соперничать с человеческим мозгом».

В последние годы ученые стремились добиться прогресса в так называемых «нейроморфных вычислениях» — процессе, имитирующем функциональность человеческого мозга. Из-за своих человеческих характеристик он может предлагать более эффективные и новаторские способы обработки данных с использованием подходов, недостижимых с помощью существующих вычислительных методов.

в Научные отчеты Работая, исследователи создали новое устройство, которое знаменует значительный прогресс, уже достигнутый в этой области.

Для этого они построили наноконстрикционный спинтронный резонатор, позволяющий манипулировать известными физическими свойствами новаторскими способами.

Резонаторы способны генерировать и сохранять волны четко определенных частот — наподобие ящика струнного инструмента. Здесь ученые сконструировали резонатор нового типа — способный хранить и обрабатывать информацию, подобную синапсам и нейронам мозга. Тот, что описан в Научные отчеты сочетает в себе уникальные свойства квантовых материалов со свойствами спинтронных магнитных устройств.

Устройства спинтроники — это электроника, которая использует спин электрона в дополнение к его электрическому заряду для обработки информации способами, которые уменьшают энергию, увеличивая при этом емкость хранения и обработки по сравнению с более традиционными подходами. Такое широко используемое устройство, «осциллятор крутящего момента», работает на определенной частоте. Сочетание его с квантовым материалом позволяет настраивать эту частоту и, таким образом, значительно расширяет область ее применения.

«Это фундаментальное достижение, которое находит применение в вычислениях, особенно в нейроморфных вычислениях, где такие резонаторы могут служить связями между вычислительными компонентами», — отмечает Кент.