コンピューター革新の熱障壁を打ち破る

私たちのコンピューターやその他の電子デバイスがより高速かつ強力になるにつれて、それらは否定できない物理的限界に近づいています。それは、情報を運ぶ電子が半導体を移動するときに発生する熱です。

「熱を作ることは、電子デバイスのさらなる開発を妨げる主な制限です。したがって、主にコンピューターが数十年前よりもはるかに高速であるため、ボトルネックに直面しています。」 ラン・チェンは、カリフォルニア大学バーンズ カレッジ オブ エンジニアリングの電気工学およびコンピュータ工学の助教授です。

AI、機械学習、ビデオ ストリーミング、およびその他のアプリケーションがますます高速なコンピューター処理を必要とする場合に限り、Google やその他の大手テクノロジー企業が運営する倉庫サイズのデータ​​ センターのエネルギーと水を大量に消費する冷却システムなどの回避策を講じることができます。そして記憶回復。

しかし、Cheng はもっとクールな未来を思い描いています。

の 最近の論文ネイチャー マテリアルズが発行した「コヒーレント反強磁性スピントロニクス」と題する論文では、日本の仙台にある東北大学のチェンと共同研究者、および MIT が、今日の半導体中を移動する電子の世界を超越する可能性を秘めた反強磁性スピントロニクスにおける 10 年間の研究の進歩について説明しています。

この将来、情報は、スピン磁気モーメントの基本的な量子単位であるマグネトンの形で大きな熱を生成することなく移動します。 磁気モーメントは固定軸に沿ってさまざまな方向に回転できるため、量子励起 (マグノン) を使用して、今日のコンピューティングの基礎を形成するバイナリ言語で情報をエンコードおよび送信できます。 しかし、これは始まりに過ぎません。

「バイナリプロセスの場合、磁気モーメントの時計回りと反時計回りの回転で0と1をエンコードするだけです」とCheng氏は述べています。 「しかし、エキサイティングなことは、反強磁性絶縁体を使用することで、0 と 1 だけを超えた量子情報を送信および処理できることです。」

エネルギーの節約と量子操作に加えて、反強磁性ボトムエレクトロニクスは、半導体エレクトロニクスよりも大幅な速度の利点も提供します。 この技術により、コンピューターは、半導体中を移動する電子の 100 倍の速度でメモリを処理、保存、検索できるようになります。 電子が半導体中を非常に速く移動することで同じレベルの性能を達成した場合、発生する大量の熱により、携帯電話、ラップトップ、またはデスクトップ コンピューターが簡単に溶けてしまうと Cheng 氏は述べています。

Ching の論文では、スピンの生成と伝達、電気駆動のスピン スピン、および関連する超高速電子効果など、コヒーレント強磁性エレクトロニクスにおける一連の重要な発見について説明しています。 この論文はまた、この技術が実際に応用されるために直接的に関心のある分野を特定しています。 これには、デバイスの他のコンポーネントへの情報の高速転送の間で相互作用する方法の発見、磁気スイッチング プロセスの可視化、マグノンの新しい量子効果の探索が含まれます。

「マグノンを他の集積回路と統合しようとするとき、インターフェースを完璧にする必要があります」と Cheng 氏は述べています。 「ですから、近い将来に解決しなければならない実際的な問題がまだたくさんあると思います。」

(表紙: 概念図 / ゲッティ イメージズ)