Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výzkumníkům se podařilo fyzicky zkonstruovat logický obvod fungující jako poloviční sčítačka (half adder). Funguje ovšem na bázi nikoliv hradel z tranzistorů, ale magnonů. Úspěchu dosáhl tým z Technische Universität Kaiserslautern (TUK) a University of Vienna, výsledky byly publikovány v Nature Electronics.
Magnony jsou kvazičástice, jakési vlny, které překlápějí spiny. Mohly by fungovat jako základní jednotka pro přenos informace namísto elektronů, přičemž za hlavní výhodu tohoto uspořádání se považuje menší energetická náročnost (informace se přenáší jen jako kolektivní excitace, nikoliv částice jako taková, laicky řečeno; tady se dá argumentovat, že elektron se také nepřenáší sám o sobě, ťuká do jiných elektronů jako domino; lze-li to vůbec rozlišit, když elektron je elementární částice?). Každopádně ve srovnání se současnými čipy na bázi CMOS vyžadují operace asi 10krát měně energie. Rychlost magnonové sčítačky prozatím pokulhává, nicméně příslušný magnonový prvek lze dále používat pro experimentování v dalších aplikacích; tisková zpráva zmiňuje kvantové a neuoromorfní počítače, speciálně kvantové počítání při velmi nízkých teplotách. Další vylepšení parametrů by ovšem mohlo umožnit i zkusit magnonovou elektroniku používat i pro běžnou průmyslovou výrobu.
Příslušný prvek je složen z 3 nanodrátků z křemičitanu yttria a železa (yttrium iron garnet). Podstatou studie bylo složit je tak, aby přenos magnonů těmito drátky mohl odpovídat uspořádání logických hradel – ladí se délka a vzdálenost drátků od sebe.
Poznámka PH: Chápu-li dobře, jde o černou skřínku, žádnou přímou obdobu hradel. V běžných obvodech vyžaduje realizace poloviční sčítačky minimálně 14 tranzistorů a pomocné komponenty, zde stejná funkce vyžaduje méně prvků.
At the first coupler, where two wires are very close together, the spin wave is split in half. One half proceeds to the second coupler, where it jumps back and forth between the wires. Depending on the amplitude, the wave will exit either the top or bottom wire, which corresponds to binary ‚1‘ or ‚0,‘ respectively (tisková zpráva University of Vienna)
Autoři výzkumu uvádějí, že magnony mohou navíc přenášet větší objem informace, protože ji mohou kódovat do dvou parametrů – do amplitudy a fáze. Aktuálně přitom fáze vůbec použita nebyla. (Viz poznámka výše: cílem bylo vytvořit funkčnost jednoduchého logického prvku. Poloviční sčítačka je jednoduchý prvek, která zvládne pouze sčítání jednobitových čísel, klasicky lze postavit pouze kombinací hradla AND a hradla XOR).
Q. Wang et al. A magnonic directional coupler for integrated magnonic half-adders, Nature Electronics (2020). DOI: 10.1038/s41928-020-00485-6
Zdroj: University of Vienna/TechXplore.com a další
