Um grupo de pesquisadores da Universidade de Tohoku desenvolveu um modelo teórico para uma computação de reservatório de ondas de spin (RC) de alto desempenho que utiliza tecnologia spintrônica. A inovação aproxima os cientistas da realização de uma computação em nanoescala com eficiência energética e poder computacional incomparável.



Detalhes de suas descobertas foram publicados na npj Spintronics em 1º de março de 2024.

O cérebro é o computador definitivo, e os cientistas estão constantemente se esforçando para criar dispositivos neuromórficos que imitem as capacidades de processamento do cérebro, o baixo consumo de energia e sua capacidade de adaptação às redes neurais. O desenvolvimento da computação neuromórfica é revolucionário, permitindo aos cientistas explorar reinos em nanoescala, velocidade de GHz, com baixo consumo de energia.

Nos últimos anos, muitos avanços em modelos computacionais inspirados no cérebro foram feitos. Essas redes neurais artificiais demonstraram desempenhos extraordinários em diversas tarefas. Contudo, as tecnologias atuais são baseadas em software; sua velocidade computacional, tamanho e consumo de energia permanecem limitados pelas propriedades dos computadores elétricos convencionais.

RC funciona através de uma rede fixa gerada aleatoriamente chamada “reservatório”. O reservatório permite a memorização de informações de entrada passadas e sua transformação não linear. Esta característica única permite a integração de sistemas físicos, como dinâmica de magnetização, para realizar diversas tarefas para dados sequenciais, como previsão de séries temporais e reconhecimento de fala.

Alguns propuseram a spintrônica como um meio de realizar dispositivos de alto desempenho. Mas os dispositivos produzidos até agora não corresponderam às expectativas. Em particular, eles não conseguiram alcançar alto desempenho em nanoescalas com velocidade de GHz.

"Nosso estudo propôs um RC físico que aproveita a propagação de ondas de spin", diz Natsuhiko Yoshinaga, co-autor do artigo e professor associado do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais (WPI-AIMR). “A estrutura teórica que desenvolvemos utilizou funções de resposta que ligam sinais de entrada à propagação da dinâmica de spin.

"Este modelo teórico elucidou o mecanismo por trás do alto desempenho da onda de spin RC, destacando a relação de escala entre a velocidade da onda e o tamanho do sistema para otimizar a eficácia dos nós virtuais."

Crucialmente, Yoshinaga e seus colegas ajudaram a esclarecer o mecanismo para a computação de reservatórios de alto desempenho. Ao fazer isso, eles aproveitaram vários subcampos, nomeadamente física da matéria condensada e modelagem matemática.

“Ao empregar as propriedades únicas da tecnologia spintrônica, potencialmente abrimos o caminho para uma nova era de computação inteligente, levando-nos mais perto de criar um dispositivo físico que possa ser usado em previsões meteorológicas e reconhecimento de voz”, acrescenta Yoshinaga.

Mais informações: Satoshi Iihama et al, A escala universal entre velocidade e tamanho da onda permite computação de reservatório de alto desempenho em nanoescala baseada na propagação de ondas de spin, npj Spintronics (2024). DOI:10.1038/s44306-024-00008-5
Fornecido pela Universidade Tohoku