В структуру искусственного спинового льда внедрены шестиугольные магнитные дефекты международной группой исследователей. Обнаруженный способ управления свойствами спинового льда позволит повысить эффективность магнитной памяти и спин-логических устройств.
Искусственный интеллект продолжает функционировать на традиционном компьютерном оборудовании, характеризующемся высоким энергопотреблением. Для удовлетворения растущей потребности в использовании ИИ, исследователям необходимо создавать инновационные, более экономичные аппаратные решения.
В целях сокращения энергопотребления технологий искусственного интеллекта, ученые уделяют пристальное внимание разработке вычислительных архитектур, основанных на принципах, встречающихся в природе. К таким подходам относятся нейроморфные вычисления и нейронные сети, имитирующие работу человеческого мозга.
Одним из подходов к созданию подобных сетей является использование структуры, имитирующей искусственный спиновый лёд ( artificial spin ice, ASI). Эти магнитомеханические метаматериалы представляют собой массивы ферромагнитных наноструктур, сформированных с использованием литографии. Форменная анизотропия наноэлементов обуславливает их способность существовать только в двух дискретных состояниях, аналогично спинам Изинга.
Международная группа ученых, представляющих различные области знаний, показала, как изменяется поведение системы искусственного спинового льда при введении специально разработанных шестиугольных магнитных дефектов. Это изменение структуры вызвало случайные топологические возбуждения в системе и открывает возможности для управления динамикой нейронных сетей, использующих спиновый лед.
Исследование предоставляет информацию о групповом и контролируемом случайном поведении в искусственных нейронных сетях, созданных на базе магнитной структуры спинового льда. Научная статья была опубликована прокладывает путь к дальнейшим исследованиям для перестраиваемых спиновых направляющих и аппаратных реализаций энергосберегающих вычислительных систем будущего.
«Для нас эта работа стала значительным достижением — она открывает возможность контролируемого создания топологических состояний, связанных с дефектами в системе спинового льда, и позволяет наблюдать стохастическое, но статистически предсказуемое поведение внутри этой структуры. Полученные результаты приближают нас к созданию энергоэффективных нейроморфных вычислительных систем. Это стало возможным благодаря успешному международному сотрудничеству с ведущими исследовательскими центрами Великобритании, Германии и Франции», — рассказала Ольга Казакова, сотрудница NPL (Великобритания).
По мнению ученых, разработка нового способа воздействия может оказаться успешной применяться в магнитных накопителях информации и логических спиновых схемах.
Результаты исследования представлены в журнале Communications Materials.