Vy över en superparamagnetisk tunnelövergångsenhet (vänster). Ovanifrån av svepelektronmikroskopbild av den faktiska enheten (höger). Kredit:S. Kanai
Forskare från Tohoku University i Japan har utvecklat en matematisk beskrivning av vad som händer inom små magneter när de fluktuerar mellan tillstånden när en elektrisk ström och magnetfält appliceras. Deras resultat, publicerade i tidskriften Nature Communications , skulle kunna fungera som grunden för att konstruera mer avancerade datorer som kan kvantifiera osäkerhet samtidigt som komplexa data tolkas.
Klassiska datorer har tagit oss så långt, men det finns några problem som de inte kan lösa effektivt. Forskare har arbetat med att ta itu med detta genom att konstruera datorer som kan använda kvantfysikens lagar för att känna igen mönster i komplexa problem. Men dessa så kallade kvantdatorer är fortfarande i sina tidiga utvecklingsstadier och är extremt känsliga för sin omgivning och kräver extremt låga temperaturer för att fungera.
Nu tittar forskare på något annat:ett koncept som kallas probabilistisk beräkning. Denna typ av dator, som skulle kunna fungera vid rumstemperatur, skulle kunna sluta sig till potentiella svar från komplexa indata. Ett förenklat exempel på denna typ av problem skulle vara att sluta sig till information om en person genom att titta på deras köpbeteende. Istället för att datorn ger ett enda, diskret resultat, väljer den ut mönster och ger en bra gissning om vad resultatet kan bli.
Det kan finnas flera sätt att bygga en sådan dator, men vissa forskare undersöker användningen av enheter som kallas magnetiska tunnelkorsningar. Dessa är gjorda av två lager av magnetisk metall separerade av en ultratunn isolator. När dessa nanomagnetiska enheter termiskt aktiveras under en elektrisk ström och magnetfält, tunnelerar elektroner genom det isolerande lagret. Beroende på deras spin kan de orsaka förändringar eller fluktuationer i magneterna. Dessa fluktuationer, kallade p-bitar, som är alternativet till på/av eller 0/1-bitar som vi alla har hört talas om i klassiska datorer, skulle kunna utgöra grunden för probabilistisk beräkning. Men för att konstruera sannolikhetsdatorer måste forskare kunna beskriva fysiken som sker i magnetiska tunnelkorsningar.
Detta är precis vad Shun Kanai, professor vid Tohoku Universitys forskningsinstitut för elektrisk kommunikation, och hans kollegor har uppnått.
"Vi har experimentellt klargjort "växlingsexponenten" som styr fluktuationer under störningar som orsakas av magnetfält och vridmoment för spinnöverföring i magnetiska tunnelövergångar, säger Kanai. "Detta ger oss den matematiska grunden för att implementera magnetiska tunnelövergångar i p-biten för att sofistikerat designa probabilistiska datorer. Vårt arbete har också visat att dessa enheter kan användas för att undersöka outforskad fysik relaterad till termiskt aktiverade fenomen." + Utforska vidare
