物理学家在数据处理方面取得了重大进展，采用了一种称为“逆设计”的技术。这种创新的方法允许算法根据特定需求设置系统，消除了繁琐的手动设计和复杂的模拟需求。最终结果是一个智能的“通用”设备，利用自旋波（称为“激子”）执行各种数据处理任务，同时保持卓越的能量效率。这一发展代表了非常规计算的一个重大里程碑，未来在电信、计算和类脑系统中具有巨大的潜力。
由维也纳大学的物理学家牵头的国际研究小组，通过“逆设计”策略在数据处理方面取得了重大进展。这种创新的方法使算法能够根据特定功能配置系统，消除了繁琐的手动设计和复杂的模拟需求。最终结果是一个智能的“通用”设备，利用自旋波（或“激子”）以显著的能量效率执行一系列数据处理功能。此项创新发表在 自然电子学 上，标志着非常规计算的一个重要飞跃，对下一代电信、计算和类脑系统具有相当大的潜力。
现代电子产品面临着许多重大问题，例如高能耗和日益增加的设计复杂性。在这方面，激子学——使用存在于磁性材料中的激子或量子自旋波——提供了一种令人兴奋的替代方案。激子促使数据以最小的能量损失高效运输和处理。随着对创新计算解决方案的需求不断扩大，从5G到即将到来的6G网络和类脑计算（模仿大脑功能），激子学标志着设备设计和功能的根本转变。维也纳大学的纳米磁学和激子学小组的安德里·楚马克和他的同事们成功解决了开发先进激子处理器的挑战，该处理器支持高度自适应和能量高效的计算。
通过实验取得成功
研究的首席作者努拉·曾巴与她的团队合作，联合维也纳大学功能材料物理学的迪特尔·苏斯，构建了一个独特的实验装置，在钇铁石榴石（YIG）薄膜上配置了49个独立控制的电流环。这些电流环产生可变的磁场来管理和操控激子。通过使用“逆设计”方法，团队允许算法识别出最佳配置，以实现所需的设备功能，极大简化了设计过程。在经过两年多的开发和试验后，团队解决了众多挑战。“这是一个充满挑战的旅程，但看到一切在我们第一次成功测量时整合在一起，实在是令人异常振奋，”努拉·曾巴评论道。
推动环保技术的进步
团队制作的原型展示了两个基本功能：作为一个带阻滤波器（阻止某些频率的设备）和作为一个解复用器（将信号通道传输到不同输出的设备）。这些功能对于下一代无线通信技术，包括5G和6G至关重要。与需要定制部件的传统系统不同，这种可适应的硬件可以满足各种应用，从而减少复杂性、成本和能量使用。持续的研究表明，该设备能够对二进制数据执行所有逻辑操作，并且具备可扩展性，可能与传统计算机竞争。团队希望将这项技术整合到类脑计算和其他先进系统中。尽管当前的原型体积大且能量密集，但将其尺寸缩小到100纳米以下可能会带来显著的效率，预示着低能耗、通用数据处理的潜力，并有助于开发更环保的计算技术。“这个项目是一项大胆的尝试，充满了许多未知数，”研究的高级作者安德里·楚马克反思道。“然而，我们最初的测量验证了其可行性——这个概念确实有效。我们的发现强调了人工智能如何改变物理学领域，类似于ChatGPT如何彻底改变文本生成和教育。”
