Investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) han logrado desarrollar un componente clave de un nuevo concepto de computación no convencional. Este componente emplea las mismas estructuras magnéticas que se están investigando en relación con el almacenamiento de datos electrónicos en registros de turnos conocidos como pistas de carreras. En esto, los investigadores investigan los llamados skyrmions, que son estructuras magnéticas en forma de vórtice, como unidades de bits potenciales para el almacenamiento de datos. Sin embargo, El nuevo enfoque recientemente anunciado tiene una relevancia particular para la computación probabilística. Este es un concepto alternativo para el procesamiento electrónico de datos en el que la información se transfiere en forma de probabilidades en lugar de en la forma binaria convencional de 1 y 0. El número 2/3, por ejemplo, podría expresarse como una secuencia larga de 1 y 0 dígitos, siendo 2/3 unos y 1/3 ceros. El elemento clave que faltaba en este enfoque era una reorganización funcional, es decir., un dispositivo que reorganiza aleatoriamente una secuencia de dígitos sin cambiar el número total de unos y ceros en la secuencia. Eso es exactamente lo que pretenden conseguir los skyrmions. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

Los investigadores utilizaron películas metálicas magnéticas delgadas para sus investigaciones. Estos fueron examinados en Mainz bajo un microscopio especial que hizo visibles las alineaciones magnéticas en las películas metálicas. Las películas tienen la característica especial de estar magnetizadas en alineación vertical con el plano de la película, lo que hace posible la estabilización de los skyrmions magnéticos en primer lugar. Los Skyrmions se pueden imaginar básicamente como pequeños vórtices magnéticos, similar a los espirales del cabello. Estas estructuras exhiben una denominada estabilización topológica que las protege de colapsar con demasiada facilidad, ya que una espira de cabello se resiste a ser alisada fácilmente. Es precisamente esta característica la que hace que skyrmions sea muy prometedor a la hora de utilizarlo en aplicaciones técnicas como, en este caso particular, almacenamiento de informacion. La ventaja es que el aumento de la estabilidad reduce la probabilidad de pérdida de datos involuntaria y asegura que se mantenga la cantidad total de bits.

Reorganización para la organización de la secuencia de datos

El reorganizador recibe un número fijo de señales de entrada, como 1 y 0, y las mezcla para crear una secuencia con el mismo número total de 1 y 0 dígitos. pero en un orden reordenado al azar. Es relativamente fácil lograr el primer objetivo de transferir la secuencia de datos de skyrmion al dispositivo, porque los skyrmions se pueden mover fácilmente con la ayuda de una corriente eléctrica. Sin embargo, los investigadores que trabajan en el proyecto ahora han logrado por primera vez lograr la difusión térmica del skyrmion en el reorganizador, haciendo así que sus movimientos exactos sean completamente impredecibles. Es esta imprevisibilidad, Sucesivamente, lo que hizo posible reorganizar aleatoriamente la secuencia de bits sin perder ninguno de ellos. Este componente recientemente desarrollado es la pieza que antes faltaba del rompecabezas que ahora hace que la computación probabilística sea una opción viable.

Colaboración exitosa entre disciplinas

"Hubo tres aspectos que contribuyeron a nuestro éxito. En primer lugar, pudimos producir un material en el que los skyrmions pueden moverse en respuesta a estímulos térmicos solamente. En segundo lugar, Descubrimos que podemos concebir los skyrmions como partículas que se mueven de manera similar al polen en un líquido. Y ultimamente, pudimos demostrar que el principio de reorganización puede aplicarse en sistemas experimentales y utilizarse para cálculos de probabilidad. La investigación se llevó a cabo en colaboración entre varios institutos y me complace haber podido contribuir al proyecto. "enfatizó el Dr. Jakub Zázvorka, autor principal de la publicación. Zázvorka llevó a cabo su investigación sobre la difusión del skyrmion como investigador asociado en el equipo encabezado por el profesor Mathias Kläui y, mientras tanto, trabaja en la Universidad de Praga.

"Es muy interesante que nuestros experimentos hayan podido demostrar que los skyrmions topológicos son un sistema adecuado para investigar no solo problemas relacionados con la espintrónica, sino también a la física estadística. Gracias a MAINZ Graduate School of Excellence, pudimos reunir aquí diferentes campos de la física que hasta ahora suelen trabajar por su cuenta, pero eso claramente podría beneficiarse de trabajar juntos. Espero particularmente la colaboración futura en el campo de las estructuras de espín con los equipos de Física Teórica de la Universidad de Mainz que contarán con nuestro nuevo TopDyn - Dynamics and Topology Center, "enfatizó Mathias Kläui, Profesor del Instituto de Física de JGU y Director de la Escuela de Graduados en Ciencia de Materiales de Excelencia en Mainz (MAINZ).

"Podemos ver en este trabajo que el campo de la espintrónica ofrece nuevas e interesantes posibilidades de hardware con respecto a la inteligencia algorítmica, un fenómeno emergente que también se está investigando en el Centro de Inteligencia Algorítmica Emergente JGU, recientemente fundado, "añadió la Dra. Karin Everschor-Sitte, miembro del comité directivo del centro de investigación y jefe del grupo de investigación TWIST de Emmy Noether en el Instituto de Física JGU.