Maailman nopein spintroninen p-bitti

Tohokun yliopiston tutkijat ovat ensimmäisinä kehittäneet tekniikan nanosekunnin pituiselle toiminnalle spintroniikkaan perustuvalle todennäköisyysbitille (p-bitti), jota kutsutaan myös köyhän miehen kvanttibitiksi.

Todennäköisyystietokoneita voidaan rakentaa perinteisellä elektroniikalla mutta tutkijoiden tavoitteet liittyvät sellaisen p-bitin toteutukseen, jossa tuhansien transistoreiden sijaan voitaisiin hyödyntää esimerkiksi pieniä epävakaita magneetteja.

"Spintroniikkaa käyttämällä uusin teknologiamme oli ensimmäinen askel Feynmanin vision toteuttamisessa", kertoo Shoh Kanai, Tohokun yliopiston professori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja.

Magneettiset tunneliliitokset (MTJ) ovat keskeinen osa haihtumatonta muistia tai MRAM:ja mutta siellä lämpövaihtelut ovat tyypillisesti uhka informaation vakaalle varastoinnille.

P-bitit puolestaan hyödyntävät näitä lämpövaihteluita termisesti epästabiileissa (stokastisissa) MTJ-rakenteissa. Aikaisempi Tohokun ja Purduen yliopistojen välinen yhteistyötutkimus osoitti spintroniikkaan perustuvan todennäköisyystietokoneen huoneenlämmössä, joka koostui stokastisista MTJ:stä millisekunnin pituisilla relaksaatioajoilla.

Todennäköisyystietokoneiden tekemiseksi elinkelpoiseksi tekniikaksi vaatii tarpeen kehittää stokastiset MTJ:t, joissa on paljon lyhyemmät relaksaatioajat, mikä vähentää p-bitin vaihteluaikaa. Se lisäisi tehokkaasti laskennan nopeutta/tarkkuutta.

Tohokun yliopiston tutkimusryhmä tuotti nyt nanoskaalan MTJ-laitteen, jossa oli tasossa oleva magneettisesti helppo akseli, jonka magnetisoitumissuunta päivittyy keskimäärin 8 nanosekunnin välein - 100 kertaa nopeammin kuin edellinen ennätys.

Ryhmä selittää tämän erittäin lyhyen relaksaatioajan mekanismin entropian hyödyntämisellä - fyysinen kvantiteetti, jota käytetään edustamaan sellaisten järjestelmien stokastisuutta, joita ei aiemmin ole otettu huomioon magnetisoitumisen dynamiikassa.

"Kehitetty MTJ on yhteensopiva nykyisten puolijohdeprosessien kanssa ja osoittaa merkittävän lupauksen korkean suorituskyvyn todennäköisyystietokoneiden tulevasta toteutuksesta", Kanai lisää.

Aiheesta aiemmin: Köyhän miehen kubitti

IEEE Spectrumin artikkeli todennäköisyyslaskennasta: Waiting for Quantum Computing? Try Probabilistic Computing