Käänteinen suunnittelu pelin muuttajana fysiikassa

Wienin yliopiston fyysikoiden johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on saavuttanut läpimurron tietojenkäsittelyssä käyttämällä "käänteissuunnittelun" lähestymistapaa. Tämän menetelmän avulla algoritmit voivat konfiguroida järjestelmän haluttujen toimintojen perusteella, ohittaen manuaalisen suunnittelun ja monimutkaiset simulaatiot.

Tuloksena on älykäs "universaali" laite, joka käyttää spinaaltoja ("magnoneja") useiden datan käsittelytehtävien suorittamiseen poikkeuksellisella energiatehokkuudella. Innovaatio merkitsee muutosta epätavanomaisessa tietojenkäsittelyssä, ja se tarjoaa merkittävää potentiaalia seuraavan sukupolven tietoliikenteen, tietojenkäsittelyn ja neuromorfisissa järjestelmissä.

Nykyaikainen elektroniikka kohtaa kriittisiä haasteita, kuten korkea energiankulutus ja suunnittelun monimutkaisuus. Tässä yhteydessä magnoniikka – magnonien eli kvantisoitujen spinaaltojen käyttö magneettisissa materiaaleissa – tarjoaa lupaavan vaihtoehdon. Magnonit mahdollistavat tehokkaan tiedonsiirron ja käsittelyn minimaalisella energiahäviöllä.

Kun innovatiivisten laskentaratkaisujen kysyntä kasvaa aina 5G:stä ja tulevista 6G-verkoista neuromorfiseen tietojenkäsittelyyn (aivojen toimintoja jäljittelevä), magnoniikka edustaa paradigman muutosta, joka määrittelee uudelleen laitteiden suunnittelun ja käytön.

Erittäin mukautuvan ja energiatehokkaan laskennan mahdollistavan innovatiivisen magnonisen prosessorin kehittäminen oli haaste, jonka Andrii Chumak ja hänen yhteistyökumppaninsa onnistuivat saavuttamaan.

Tutkijat rakensivat ainutlaatuisen kokeellisen järjestelyn käyttämällä 49 yksilöllisesti ohjattua virtasilmukkaa yttrium-rauta-granaatin kalvolle (YIG).

Nämä silmukat loivat viritettävät magneettikentät magnonien ohjaamiseksi ja manipuloimiseksi. "Käänteisen suunnittelun" lähestymistapaa käyttämällä tiimi antoi algoritmeille mahdollisuuden määrittää optimaaliset kokoonpanot haluttujen laitetoimintojen saavuttamiseksi, mikä virtaviivaisti suunnitteluprosessia merkittävästi.

Ryhmän prototyyppi osoitti kaksi avaintoimintoa: toimi rakosuodattimena (notch filter) ja demultiplekserinä. Nämä ominaisuudet ovat ratkaisevan tärkeitä seuraavan sukupolven langattomassa viestinnässä, kuten 5G ja 6G.

Toisin kuin perinteiset järjestelmät, jotka vaativat mukautettuja komponentteja, tämä monipuolinen laitteisto voidaan mukauttaa erilaisiin sovelluksiin, mikä vähentää monimutkaisuutta, kustannuksia ja energiankulutusta.

Edelleen jatkuva tutkimus osoittaa, että laite pystyy myös suorittamaan kaikki loogiset toiminnot binääridatalla, ja skaalattuna se voisi kilpailla perinteisten tietokoneiden kanssa. Tiimi aikoo myös integroida tämän teknologian neuromorfiseen laskentaan ja muihin kehittyneisiin järjestelmiin.

Aiheesta aiemmin:

Magnoniset toistimet edistävät energiatehokasta tietojenkäsittelyä

Miljoonien tutkimuspanos magnoniikan kehittämiseen

Energiatehokasta kvanttilaskentaa magnoneilla

Magneettisten supervoimien vapauttaminen