Science

Membalikkan skrip: Design Inverse sebagai game-changer dalam fisika

Gbr. 1: Pengaturan desain terbalik eksperimental yang terdiri dari perangkat itu sendiri, dipasang di antara sepatu tiang elektromagnet, penganalisa jaringan vektor (VNA), lima sumber arus multi-saluran, komponen lain dan PC untuk menjalankan algoritma yang diperlukan untuk menyelesaikan masalah kebalikan . C: Noura Zenbaa, Nanomag, U of Vienna

Tim peneliti internasional, yang dipimpin oleh fisikawan dari University of Vienna, telah mencapai terobosan dalam pemrosesan data dengan menggunakan pendekatan “desain terbalik”. Metode ini memungkinkan algoritma untuk mengonfigurasi sistem berdasarkan fungsi yang diinginkan, melewati desain manual dan simulasi kompleks. Hasilnya adalah perangkat “universal” yang cerdas yang menggunakan gelombang spin (“magnon”) untuk melakukan beberapa tugas pemrosesan data dengan efisiensi energi yang luar biasa. Diterbitkan di Nature Electronicsinovasi ini menandai kemajuan transformatif dalam komputasi yang tidak konvensional, dengan potensi signifikan untuk sistem telekomunikasi, komputasi, dan neuromorfik generasi berikutnya.

Elektronik modern menghadapi tantangan kritis, termasuk konsumsi energi yang tinggi dan meningkatnya kompleksitas desain. Dalam konteks ini, magnonik – penggunaan magnon, atau gelombang spin terkuantisasi dalam bahan magnetik – menawarkan alternatif yang menjanjikan. Magnon memungkinkan transportasi dan pemrosesan data yang efisien dengan kehilangan energi minimal. Dengan meningkatnya permintaan untuk solusi komputasi inovatif, mulai dari 5G dan jaringan 6G mendatang hingga komputasi neuromorfik (meniru fungsi otak), magnonik mewakili pergeseran paradigma yang mendefinisikan kembali bagaimana perangkat dirancang dan dioperasikan. Mengembangkan prosesor magnonik inovatif yang memungkinkan komputasi yang sangat adaptif dan hemat energi adalah tantangan yang menjadi tantangan Andrii Chumak dari kelompok nanomagnetisme dan magnonik Universitas Wina dan kolaboratornya berhasil bertemu.

Sukses melalui coba -coba

Noura Zenbaa, penulis pertama penelitian ini, bersama dengan rekan-rekannya di sekitar Dieter Süss, fisika bahan fungsional di University of Vienna, membangun pengaturan eksperimental yang unik menggunakan 49 loop saat ini yang dikendalikan secara individual pada film yttrium-iron-garnet (YIG). Loop ini menciptakan medan magnet yang dapat merdu untuk mengontrol dan memanipulasi magnon. Menggunakan pendekatan “desain terbalik”, tim mengizinkan algoritma untuk menentukan konfigurasi optimal untuk mencapai fungsionalitas perangkat yang diinginkan, secara signifikan merampingkan proses desain. Setelah lebih dari dua tahun pengembangan dan pengujian, tim mengatasi banyak tantangan. “Itu adalah perjalanan yang sulit tetapi melihat semuanya datang bersama dengan pengukuran sukses pertama kami sangat bermanfaat”, kata Noura Zenbaa.

Menciptakan teknologi yang lebih hijau

Prototipe tim menunjukkan dua fungsi utama: bertindak sebagai filter takik (komponen yang memblokir frekuensi spesifik) dan sebagai demultiplexer (perangkat yang mengarahkan sinyal ke output yang berbeda). Kemampuan ini sangat penting untuk komunikasi nirkabel generasi berikutnya seperti 5G dan 6G. Tidak seperti sistem tradisional, yang membutuhkan komponen khusus, perangkat keras serbaguna ini dapat disesuaikan untuk berbagai aplikasi, mengurangi kompleksitas, biaya, dan konsumsi energi. Penelitian yang sedang berlangsung menunjukkan bahwa perangkat juga dapat melakukan semua operasi logis pada data biner, dan ketika diskalakan, itu dapat menyaingi komputer tradisional. Tim berencana untuk mengintegrasikan teknologi ini ke dalam komputasi neuromorfik dan sistem canggih lainnya. Sementara prototipe saat ini besar dan intensif energi, menyusut menjadi di bawah 100 nanometer dapat membuka efisiensi yang luar biasa, membuka jalan bagi pemrosesan data universal berenergi rendah dan menciptakan solusi untuk teknologi komputasi yang lebih hijau. “Ini” namun, pengukuran awal kami mengkonfirmasi kelayakannya – konsep ini berhasil. Hasil kami menyoroti bagaimana kecerdasan buatan mengubah bidang fisika, seperti halnya chatgpt membentuk kembali penulisan dan pendidikan teks. ”

Noura Zenbaa, Claas Albert, Majcen, Michael Kerber, Rostyslav O. Ke perangkat desain magnetik universal inversal.

Dua 10.1038/s41928-024-01333-7

Gambar

Gbr. 1: Pengaturan desain terbalik eksperimental yang terdiri dari perangkat itu sendiri, dipasang di antara sepatu tiang elektromagnet, penganalisa jaringan vektor (VNA), lima sumber arus multi-saluran, komponen lain dan PC untuk menjalankan algoritma yang diperlukan Selesaikan masalah terbalik. C: Noura Zenbaa, Nanomag, U dari Wina Gambar. 2: Pengaturan desain terbalik eksperimental. Komponen 1 – Perangkat Design Inversal Universal; Komponen 2 – Elektromagnet untuk menerapkan medan magnet; Komponen 3 – Teslameter untuk mengukur lapangan; Komponen 4 – Vector Network Analyzer (VNA) digunakan sebagai sumber dan detektor gelombang mikro; Komponen 6 – Sumber arus multi -saluran; dan Komponen 7 – PC untuk mengotomatiskan proses pengaturan dan optimasi. C: Noura Zenbaa, Nanomag, U dari Wina Gambar. 3: Tiga penulis pertama dari makalah ini – Noura Zenbaa (di sebelah kanan), Claas Abert (di sebelah kiri) dan Fabian Majcen (di tengah) pada saat ketika The saat itu ketika Perangkat magnonik-desain universal diaktifkan untuk menyelesaikan masalah pertamanya. C: Andrii Chumak, Nanomag, U dari Wina Gambar. 4: Pengaturan eksperimental. Perangkat desain terbalik yang dapat dikonfigurasi ulang yang menunjukkan array loop berbentuk omega 7 × 7 ditempatkan pada film magnetik. Ini menunjukkan lanskap medan magnet lokal pada film, ditampilkan dengan warna merah (atas film) dan biru (dasar film), yang dihasilkan oleh arus yang diterapkan pada loop untuk kedua polaritas saat ini. Pengaturan termasuk Vector Network Analyzer (VNA) dalam kombinasi dengan splitter daya dan dua sakelar. C: Noura Zenbaa, Nanomag, U of Vienna

Source

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button