p Pesquisadores da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) conseguiram desenvolver um componente-chave de um novo conceito de computação não convencional. Esse constituinte emprega as mesmas estruturas magnéticas que estão sendo pesquisadas em relação ao armazenamento de dados eletrônicos em registradores de deslocamento, conhecidos como pistas de corrida. Nisso, pesquisadores investigam os chamados skyrmions, que são estruturas semelhantes a vórtices magnéticos, como unidades de bits potenciais para armazenamento de dados. Contudo, a nova abordagem anunciada recentemente tem uma relevância particular para a computação probabilística. Este é um conceito alternativo para o processamento eletrônico de dados, onde as informações são transferidas na forma de probabilidades, em vez da forma binária convencional de 1 e 0. O número 2/3, por exemplo, pode ser expressa como uma longa sequência de 1 e 0 dígitos, com 2/3 sendo uns e 1/3 sendo zeros. O elemento chave que faltava nesta abordagem era um remodelador de bits funcional, ou seja, um dispositivo que reorganiza aleatoriamente uma sequência de dígitos sem alterar o número total de 1s e 0s na sequência. Isso é exatamente o que os skyrmions pretendem alcançar. Os resultados desta pesquisa foram publicados na revista. Nature Nanotechnology . p Os pesquisadores usaram filmes metálicos magnéticos finos para suas investigações. Estes foram examinados em Mainz sob um microscópio especial que tornou visíveis os alinhamentos magnéticos nos filmes metálicos. Os filmes têm a característica especial de serem magnetizados em alinhamento vertical ao plano do filme, o que torna a estabilização dos skyrmions magnéticos possível em primeiro lugar. Skyrmions podem ser basicamente imaginados como pequenos vórtices magnéticos, semelhante a espirais de cabelo. Essas estruturas exibem uma chamada estabilização topológica que as protege de colapsar com muita facilidade - já que um verticilo de cabelo resiste a ser facilmente alisado. É precisamente esta característica que torna os skyrmions muito promissores quando se trata de uso em aplicações técnicas como, neste caso particular, armazenamento de informações. A vantagem é que a estabilidade aumentada reduz a probabilidade de perda de dados não intencional e garante que a quantidade total de bits seja mantida.

p Remodelagem para organização de sequência de dados

p O remodelador recebe um número fixo de sinais de entrada, como 1s e 0s, e os mistura para criar uma sequência com o mesmo número total de 1 e 0 dígitos, mas em uma ordem reorganizada aleatoriamente. É relativamente fácil atingir o primeiro objetivo de transferir a sequência de dados do skyrmion para o dispositivo, porque skyrmions podem ser movidos facilmente com a ajuda de uma corrente elétrica. Contudo, os pesquisadores que trabalham no projeto agora conseguiram, pela primeira vez, alcançar a difusão térmica do skyrmion no remodelador, tornando seus movimentos exatos completamente imprevisíveis. É essa imprevisibilidade, por sua vez, o que tornou possível reorganizar aleatoriamente a sequência de bits sem perder nenhum deles. Esse constituinte recém-desenvolvido é a peça que faltava anteriormente no quebra-cabeça que agora torna a computação probabilística uma opção viável.

p Colaboração interdisciplinar bem-sucedida

p “Três aspectos contribuíram para o nosso sucesso. Em primeiro lugar, fomos capazes de produzir um material no qual skyrmions podem se mover em resposta apenas a estímulos térmicos. Em segundo lugar, descobrimos que podemos imaginar os skyrmions como partículas que se movem de maneira semelhante ao pólen em um líquido. E finalmente, fomos capazes de demonstrar que o princípio do remodelador pode ser aplicado em sistemas experimentais e usado para cálculos de probabilidade. A pesquisa foi realizada em colaboração entre vários institutos e estou satisfeito por ter contribuído para o projeto, "enfatizou o Dr. Jakub Zázvorka, autor principal da publicação. Zázvorka conduziu sua pesquisa sobre a difusão do skyrmion como pesquisador associado na equipe chefiada pelo professor Mathias Kläui e, enquanto isso, trabalha na Universidade de Praga.

p "É muito interessante que nossos experimentos foram capazes de demonstrar que skyrmions topológicos são um sistema adequado para investigar não apenas problemas relacionados à spintrônica, mas também para a física estatística. Graças à Escola de Pós-Graduação de Excelência MAINZ, conseguimos reunir diferentes campos da física aqui que, até agora, costumam funcionar por conta própria, mas isso claramente poderia se beneficiar trabalhando juntos. Estou particularmente ansioso para uma futura colaboração no campo de estruturas de spin com as equipes de Física Teórica da Universidade de Mainz, que apresentará nosso novo TopDyn - Centro de Dinâmica e Topologia, "enfatizou Mathias Kläui, Professor do Instituto de Física da JGU e Diretor da Escola de Excelência em Ciência dos Materiais em Mainz (MAINZ).

p "Podemos ver a partir deste trabalho que o campo da spintrônica oferece novas possibilidades de hardware interessantes no que diz respeito à inteligência algorítmica, um fenômeno emergente também sendo investigado no recentemente fundado JGU Emergent Algorithmic Intelligence Center, "acrescentou a Dra. Karin Everschor-Sitte, membro do comitê diretor do centro de pesquisa e chefe do grupo de pesquisa Emmy Noether, TWIST, no JGU Institute of Physics.