Броуновские вычисления используют тепловую энергию окружающей среды

Вычисления броуновского резервуара представляют собой комбинацию двух нетрадиционных вычислительных методов. Броуновские вычисления используют тот факт, что компьютерные процессы обычно выполняются при комнатной температуре, так что есть возможность использовать окружающую тепловую энергию и, таким образом, сократить потребление электроэнергии. Тепловая энергия, используемая в вычислительной системе, в основном представляет собой случайное движение частиц, известное как броуновское движение; что объясняет название этого вычислительного метода.

Резервуарные вычисления идеально подходят для исключительно эффективной обработки данных

Резервуарные вычисления используют сложную реакцию физической системы на внешние раздражители, что приводит к чрезвычайно ресурсоэффективному способу обработки данных. Большая часть вычислений выполняется самой системой, которая не требует дополнительной энергии. Кроме того, этот тип накопительного компьютера может быть легко настроен для выполнения различных задач, поскольку нет необходимости настраивать твердотельную систему в соответствии с конкретными требованиями.

Команда, возглавляемая профессором Матиасом Клауи из Института физики Университета Майнца, при поддержке профессора Йохана Ментинка из Университета Радбуда в Неймегене в Нидерландах, в настоящее время преуспела в разработке прототипа, который сочетает в себе эти два вычислительных метода. Этот прототип способен выполнять операции булевой логики, которые могут быть использованы в качестве стандартных тестов для валидации вычислений резервуара.

Выбранная в данном случае твердотельная система состоит из металлических тонких пленок, проявляющих магнитные скирмионы. Эти магнитные вихри ведут себя как частицы и могут приводиться в движение электрическими токами. На поведение скирмионов влияет не только приложенный ток, но и их собственное броуновское движение. Это броуновское движение скирмионов может привести к значительному увеличению экономии энергии, поскольку система автоматически перезагружается после каждой операции и подготавливается к следующему вычислению.

Первый прототип, разработанный в Майнце

Несмотря на то, что в последние годы было разработано много теоретических концепций для резервуарных вычислений на основе skyrmion, исследователям из Майнца удалось разработать первый функциональный прототип только при объединении этих концепций с принципом броуновских вычислений. "Прототип прост в изготовлении с литографской точки зрения и теоретически может быть уменьшен до размера всего в нанометры", - сказал физик-экспериментатор Клаус Рааб. "Мы обязаны нашим успехом прекрасному сотрудничеству между физиками-экспериментаторами и физиками-теоретиками здесь, в Университете Майнца", - подчеркнул физик-теоретик Мартен Бремс. Координатор проекта профессор Матиас Клауи добавил: "Я рад, что финансирование, предоставленное в рамках гранта Synergy от Европейского исследовательского совета, позволило нам сотрудничать с выдающимися коллегами на кафедре теоретической физики в Неймегене, и именно это сотрудничество привело к нашему достижению. Я вижу большой потенциал в нетрадиционных вычислениях, области, которая также получает широкую поддержку здесь, в Майнце, благодаря финансированию от Фонда Карла Цейсса Центра развивающегося алгоритмического интеллекта".