Ученые из университета Тохоку (Tohoku University) в Японии, создали математическую модель того, что происходит с крошечными магнитами, объединенными в единую систему, под воздействием примененного к ним электрического тока и внешнего магнитного поля. Это же, в свою очередь, может быть использовано для создания совершенно нового типа компьютеров, которые, интерпретируя сложные входные данные, могут рассчитать вероятности наступления тех или иных событий.
Классические компьютеры трудятся на благо человечества уже достаточно давно, но, как известно, существует целый ряд задач, которые не могут быть решены за приемлемое время даже самыми мощными из суперкомпьютеров. Для решения подобных задач были начаты работы по созданию квантовых компьютеров, в этом направлении уже были достигнуты некоторые успехи, но некоторые проблемы так и остаются нерешенными в настоящее время.
Помимо квантовых вычислений имеется еще одно направление, так называемые вероятностные вычисления, которые могут эффективно справиться с решением тяжелых вычислительных задач определенного рода. Вероятностные компьютеры, способные функционировать при комнатной температуре, могут рассчитывать несколько вариантов развития событий, используя сложные наборы входных данных. К примеру, такой компьютер может рассчитать вероятности нескольких различных вариантов дальнейших действий человека, основываясь на истории его предыдущих покупок, к примеру.
В настоящее время существует несколько различных подходов к созданию вероятностных компьютеров. Одним из этих вариантов является предлагаемый японскими учеными вариант, которые работает на основе так называемых магнитных туннельных переходов (magnetic tunnel junctions). Эти устройства обычно состоят из двух слоев магнитных материалов, разделенных сверхтонким слоем материала-изолятора. Когда такие устройства активируются электрическим током или магнитным полем, поток электронов начинает течь через слой изолятора за счет эффекта квантового туннелирования. И, в зависимости от значения своего спина эти электроны могут влиять на состояние магнитных материалов, вызывая в них характерные колебания.
Но для того, чтобы использовать магнитные туннельные переходы в качестве базовых элементов вероятностных компьютеров, ученым необходимо узнать и описать математически все происходящие в них физические процессы. И это именно то, что удалось сделать группе японских ученых.
"Мы экспериментально продемонстрировали существование так называемой "экспоненты переключения", процесса, управляющего возникновением колебаний под воздействиями, вызванными внешним магнитным полем. Также мы выяснили основные принципы передачи спина в магнитных туннельных переходах" - пишут исследователи, - "Все это дает нам математическую базу для превращения магнитных туннельных переходов в вероятностный бит (p-бит), который станет базовой единицей вероятностных компьютеров. Также наша работа продемонстрировала, что эти крошечные устройства могут быть использованы для исследований в новых областях физики, связанными с явлениями, активированными тепловой энергией".