Спин-волновые чипы ускорят периферийные вычисления для интеллектуальных технологий

Разработка нового типа технологии на основе спиновых волн может повысить эффективность компьютеров, что откроет возможности для решения задач в области биомедицинской визуализации и управления беспилотными автомобилями. Спиновые волны представляют собой мелкие волнообразные движения, возникающие вследствие магнитных взаимодействий в материалах. Ученые создали специализированный чип, названный чипом со спин-волновым резервуаром, который улучшает обработку информации, особенно на «краю» — вблизи места сбора данных.

Технология основана на резервуарных вычислениях (RC), являющихся разновидностью искусственных нейронных сетей. Основное преимущество RC заключается в быстрой и точной обработке входных данных через специальный «резервуар». Чипы со спин-волновыми резервуарами обеспечивают новый способ преобразования электрических сигналов в спиновые волны, что способствует повышению способности компьютеров к обучению на основе данных и кратковременному запоминанию информации.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Physical Review Applied, продемонстрировало принципы работы чипов со спин-волновыми резервуарами. Ученые создали устройство, способное обнаруживать сигналы спиновых волн с помощью антенн и продемонстрировали работу чипа как системы с одним входом и четырьмя выходами.

Ранее исследования спин-волновых резервуаров были в основном теоретическими, однако данное исследование подтвердило работоспособность концепции в экспериментальных условиях. Устройство изготовлено из тонкой пленки металла, обладающего свойством долгосрочной намагниченности.

Используя магнитные поля для возбуждения спиновых волн и антенны для их обнаружения, исследователи показали, что чип способен более эффективно обрабатывать информацию. Это также улучшило точность обучения и кратковременной памяти, что имеет значение для задач, таких как распознавание закономерностей и быстрое принятие решений.

Одним из значительных достижений стало то, что чип может запоминать данные на короткий срок, вплоть до одного шага назад, что делает его полезным для задач, связанных с памятью. Кроме того, применяемая техника спин-волновой интерференции усиливает нелинейность системы, что необходимо для обработки более сложной информации.

Несмотря на многообещающие результаты, существуют и некоторые ограничения. Производительность чипа может снижаться при слабых сигналах, что затрудняет его использование в сложных задачах обработки данных. Тем не менее, чип спин-волнового резервуара продемонстрировал превосходство над другими технологиями физических резервуаров в задачах, требующих кратковременной памяти и исправления ошибок.

Исследователи полагают, что данная технология может найти применение в таких областях, как биомедицинская визуализация и автономные транспортные средства, что позволит перейти от теоретических разработок к практическому использованию в повседневных устройствах.