Demonstrerer verdens hurtigste spintronics p-bit

Tohoku University forskere har, for første gang, udviklet teknologien til nanosekundbetjening af den spintronikbaserede sandsynlighedsbit (p-bit)-kaldet "den fattige mands kvantebit" (q-bit).

Den afdøde fysiker R.P. Feynman forestillede sig en probabilistisk computer, der er i stand til at håndtere sandsynligheder i stor skala for at muliggøre effektiv computing. "Ved hjælp af spintronics, vores nyeste teknologi gjorde det første skridt i at realisere Feynmans vision, "sagde Shun Kanai, professor ved Research Institute of Electrical Communication ved Tohoku University og hovedforfatter af undersøgelsen.

Magnetiske tunnelkryds (MTJ'er) er nøglekomponenten i ikke-flygtig hukommelse eller MRAM, en masseproduceret hukommelsesteknologi, der bruger magnetisering til at gemme information. Der, termiske udsving udgør typisk en trussel mod den stabile opbevaring af information.

P-bits, på den anden side, fungere med disse termiske udsving i termisk ustabile (stokastiske) MTJ'er. Tidligere samarbejdsforskning mellem Tohoku University og Purdue University demonstrerede en spintronics-baseret probabilistisk computer ved stuetemperatur bestående af stokastiske MTJ'er med millisekundslange afslapningstider.

For at gøre probabilistiske computere til en levedygtig teknologi, det er nødvendigt at udvikle stokastiske MTJ'er med meget kortere afslapningstider, hvilket reducerer svingningstiden for p-bit. Dette ville effektivt øge beregningshastigheden/-nøjagtigheden.

Tohoku Universitets forskergruppe, bestående af Kanai, professor Hideo Ohno (den nuværende Tohoku University -præsident), og professor Shunsuke Fukami, produceret en nanoskala MTJ-enhed med en magnetisk letakse i planet (fig. 1). Magnetiseringsretningen opdateres i gennemsnit hvert 8. nanosekund - 100 gange hurtigere end den tidligere verdensrekord (figur 2).

Gruppen forklarede mekanismen for denne ekstremt korte afslapningstid ved at udnytte entropi - en fysisk mængde, der bruges til at repræsentere stokastikiteten af ​​systemer, der tidligere ikke var blevet overvejet til magnetiseringsdynamik. Afled en universel ligning, der styrer entropien i magnetiseringsdynamik, de opdagede, at entropien hurtigt stiger i MTJ'er med let akse i planet med større størrelser af vinkelret magnetisk anisotropi. Gruppen anvendte bevidst en magnetisk let akse i planet til at opnå kortere afslapningstider.

"Den udviklede MTJ er kompatibel med nuværende halvleder-back-end-of-line-processer og viser betydelige løfter om fremtidig realisering af sandsynlige computere med høj ydeevne, "tilføjede Kanai." Vores teoretiske ramme for magnetiseringsdynamik inklusive entropi har også bred videnskabelig implikation, i sidste ende viser spintronics potentiale til at bidrage til diskutable spørgsmål inden for statistisk fysik. "