Tohoku University-wetenschappers in Japan hebben een wiskundige beschrijving ontwikkeld van wat er gebeurt in kleine magneten als ze fluctueren tussen staten wanneer een elektrische stroom en een magnetisch veld worden toegepast. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications , zou kunnen dienen als de basis voor het ontwerpen van meer geavanceerde computers die onzekerheid kunnen kwantificeren tijdens het interpreteren van complexe gegevens.

Klassieke computers hebben ons zo ver gebracht, maar er zijn enkele problemen die ze niet efficiënt kunnen oplossen. Wetenschappers hebben hieraan gewerkt door computers te ontwerpen die de wetten van de kwantumfysica kunnen gebruiken om patronen in complexe problemen te herkennen. Maar deze zogenaamde kwantumcomputers bevinden zich nog in de beginfase van hun ontwikkeling en zijn extreem gevoelig voor hun omgeving, waardoor extreem lage temperaturen nodig zijn om te functioneren.

Nu kijken wetenschappers naar iets anders:een concept dat probabilistic computing wordt genoemd. Dit type computer, dat bij kamertemperatuur zou kunnen functioneren, zou mogelijke antwoorden kunnen afleiden uit complexe invoer. Een simplistisch voorbeeld van dit soort problemen zou zijn om informatie over een persoon af te leiden door naar hun koopgedrag te kijken. In plaats van dat de computer een enkel, discreet resultaat geeft, kiest hij patronen en geeft hij een goede schatting van wat het resultaat zou kunnen zijn.

Er kunnen verschillende manieren zijn om zo'n computer te bouwen, maar sommige wetenschappers onderzoeken het gebruik van apparaten die magnetische tunnelovergangen worden genoemd. Deze zijn gemaakt van twee lagen magnetisch metaal gescheiden door een ultradunne isolator. Wanneer deze nanomagnetische apparaten thermisch worden geactiveerd onder een elektrische stroom en magnetisch veld, tunnelen elektronen door de isolerende laag. Afhankelijk van hun spin kunnen ze veranderingen of fluctuaties binnen de magneten veroorzaken. Deze fluctuaties, p-bits genoemd, die het alternatief zijn voor de aan/uit of 0/1 bits waar we allemaal over hebben gehoord in klassieke computers, zouden de basis kunnen vormen van probabilistisch computergebruik. Maar om probabilistische computers te ontwikkelen, moeten wetenschappers de fysica kunnen beschrijven die plaatsvindt in magnetische tunnelovergangen.

Dit is precies wat Shun Kanai, professor aan het Tohoku University's Research Institute of Electrical Communication, en zijn collega's hebben bereikt.

"We hebben experimenteel de 'schakelexponent' opgehelderd die fluctuatie regelt onder de verstoringen veroorzaakt door magnetisch veld en spin-overdrachtskoppel in magnetische tunnelovergangen", zegt Kanai. "Dit geeft ons de wiskundige basis om magnetische tunnelovergangen in de p-bit te implementeren om op geavanceerde wijze probabilistische computers te ontwerpen. Ons werk heeft ook aangetoond dat deze apparaten kunnen worden gebruikt om onontgonnen fysica te onderzoeken die verband houdt met thermisch geactiveerde verschijnselen." + Verder verkennen

Demonstratie van 's werelds snelste spintronica p-bit