Percée dans le développement d’un nouvel ordinateur à faible coût

Des recherches menées à l’université de Göteborg pourraient déboucher sur un concurrent de l’ordinateur quantique à faible consommation d’énergie et fonctionnant à température ambiante. Les chercheurs ont montré que l’information peut être transmise en utilisant le mouvement des ondes magnétiques dans des réseaux complexes.

La spintronique explore les phénomènes magnétiques dans des couches nanométriques de matériaux magnétiques exposés à des champs magnétiques, des courants électriques et des tensions. Ces stimuli externes peuvent également créer des ondes de spin, c’est-à-dire des ondulations dans l’aimantation d’un matériau qui se déplacent avec une phase et une énergie spécifiques.

Les chercheurs peuvent générer et contrôler les ondes de spin, ce qui permet une synchronisation mutuelle à phase contrôlée entre deux nano-oscillateurs à effet Hall. En contrôlant la phase de ces ondes, l’équipe de recherche a pu générer des phases binaires à travers le réseau. Pour la première fois, ils ont montré que les ondes de spin peuvent agir à la fois en phase et hors phase entre les oscillateurs. Le phénomène peut être réglé en ajustant le champ magnétique, le courant électrique, la tension de grille appliquée ou la distance entre les oscillateurs.

Produire la meilleure estimation

Ces avancées ouvrent la voie à la prochaine génération de machines d’Ising, une alternative aux ordinateurs quantiques qui nécessitent beaucoup moins d’énergie et peuvent fonctionner à température ambiante.

Les ordinateurs quantiques et les machines d’Ising sont utiles pour résoudre les problèmes d’optimisation combinatoire, où l’objectif est de produire la meilleure supposition plutôt que la réponse exacte à un problème. De nombreux modèles d’IA visent à produire des suppositions suffisamment bonnes pour cet objectif. Dans les ordinateurs actuels, ces calculs d’IA nécessitent une grande puissance de calcul et consomment donc de l’énergie.

Des réseaux d’oscillateurs

« Avec l’aide des ondes de spin, nous nous rapprochons de la création de systèmes informatiques hautement efficaces et à faible consommation d’énergie, capables de résoudre les problèmes du monde réel », indique Akash Kumar, auteur principal de l’étude publiée dans la revue scientifique Nature Physics.

À la suite de cette percée, les chercheurs de l’université de Göteborg construisent actuellement des réseaux de centaines de milliers d’oscillateurs afin de mettre au point la prochaine génération de machines d’Ising. Comme les oscillateurs fonctionnent à température ambiante et ont une empreinte nanométrique, ces dispositifs peuvent être facilement adaptés à des systèmes plus importants, mais aussi à des appareils plus petits, tels qu’un téléphone portable.

« La spintronique peut avoir un impact sur de nombreux domaines, de l’intelligence artificielle à l’apprentissage automatique, en passant par les télécommunications et les systèmes financiers. La capacité de contrôler et de manipuler les ondes de spin à l’échelle nanométrique pourrait conduire au développement de capteurs plus puissants et plus efficaces, et même de machines de négociation d’actions à haute fréquence », précise Akash Kumar.

Faits : Machine d’Ising

Une machine d’Ising est un nouveau type de système informatique qui imite la manière dont les spins magnétiques d’un matériau physique s’organisent pour atteindre un état stable. Elle est principalement utilisée pour résoudre efficacement des problèmes d’optimisation complexes. Plutôt que de calculer étape par étape comme dans les ordinateurs classiques, les nombreux petits « spins » du système travaillent ensemble pour trouver rapidement la meilleure solution.

La machine d’Ising est programmée en fonction de la force des connexions entre les différents spins. Si le couplage est positif, les spins pointeront dans la même direction (en phase) et s’il est négatif, ils pointeront dans la direction opposée (hors phase). La solution du problème est alors lue comme la direction finale de tous les spins différents après qu’ils aient été alignés de manière optimale.

Légende illustration : Ceci illustre le principe de deux oscillateurs donnant des modes d’oscillation en phase et hors phase. Crédit : Victor H. González

Article : « Spin-wave-mediated mutual synchronization and phase tuning in spin Hall nano-oscillators » – DOI: 10.1038/s41567-024-02728-1