Быстрое развитие искусственного интеллекта требует все больше энергии, и ученые ищут способы сделать его работу экономнее. Одно из перспективных решений — использовать спиновые волны для обработки данных. Группа физиков из Мюнстерского и Гейдельбергского университетов под руководством Рудольфа Братшитча разработала новый метод создания волноводов, в которых спиновые волны распространяются на большие расстояния.

Команда построила самую крупную на сегодня сеть спиновых волноводов — 198 узлов. Кроме того, ученые научились точно управлять свойствами волн: менять их длину и даже контролировать отражение на стыках элементов.

Результаты опубликованы в журнале Nature Materials.

Спин электрона — это квантовая характеристика, которую можно представить как его внутренний вращательный момент. Если пропустить переменный ток через магнитный материал, спины начинают колебаться, создавая волну. Такие волны уже применяют в микрочипах, например, для создания логических элементов, но до сих пор их не удавалось объединить в сложные схемы.

Спиновая волна — коллективное колебание спинов (внутренних магнитных моментов) электронов в материале, похожее на волны в воде, но переносящее не воду, а информацию.

Главная проблема — затухание волн в нановолноводах (тонких проводящих каналах). Ученые использовали материал с минимальными потерями — гранат иттрия-железа (YIG). Они вырезали волноводы в тонкой пленке этого материала с помощью ионного луча и собрали из них работающую сеть.

Это исследование может привести к прорыву в энергоэффективных вычислениях. Если спиновые волны заменят часть традиционных электронных компонентов, это снизит нагрев и энергопотребление процессоров. Особенно важно для дата-центров и нейросетей, где даже 10% экономии дают миллионы долларов.

Пока технология работает только при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю. Для массового применения нужно добиться стабильности в обычных условиях.

Ранее ученые создали идеальный волновод для звука.