关键要点

  • 如果计算机使用磁场中的涟漪（称为磁振子）来编码和处理信息，其结果将是设备的潜在内存速度约为十亿分之一秒。
  • 加州大学洛杉矶分校的研究人员和合作伙伴使两种不同类型的磁振子相互作用，因此输出与输入不成正比 – 这是计算进步的关键一步。
  • 这项多机构的长期研究合作正在使用一种很少使用但很有前途的太赫兹激光技术来研究磁振子。

计算未来的一个愿景是使用磁场中的涟漪（称为磁振子）作为基本机制。在这种应用中，磁振子可以与电相媲美，作为电子产品的基础。

在传统的数字技术中，这种磁力系统预计将比今天的技术快得多，从笔记本电脑和智能手机到电信。在量子计算中，磁力的优势不仅包括更快的速度，还包括更稳定的设备。

最近发表在《自然物理学》（Nature Physics）杂志上的一项研究报告了在开发磁力计算机的道路上的一项早期发现。研究人员在薄合金板的磁场中产生了两种不同类型的涟漪，测量了结果并表明磁振子以非线性方式相互作用。“非线性”是指与输入不成正比的输出，这是任何类型的计算应用的必需品。

迄今为止，该领域的大多数研究都集中在一种类型的磁振子上，在相对稳定的条件下被描述为平衡。正如这些研究中所做的那样，操纵磁振子会使系统失去平衡。

这是来自多个科学和工程领域的理论家和实验家之间多年合作进行的众多研究之一，包括最近发表在《自然物理学》上的第二项研究。该项目得到了政府和私人资助者的支持，汇集了来自加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、德克萨斯大学奥斯汀分校和日本东京大学的研究人员。

“与我们的同事一起，我们已经开始了一场我称之为刺激非平衡物理学进步的运动，”该研究的合著者、加州大学洛杉矶分校物理科学教授Prineha Narang说。“我们在这里所做的工作从根本上推进了对非平衡和非线性现象的理解。它可能是迈向计算机内存的一步，使用在十亿分之一秒左右发生的超快现象。

这些发现背后的一项关键技术是一种先进的技术，用于使用频率在太赫兹范围内的激光器为样品添加能量和评估样品，该激光位于微波和红外辐射波长之间。该方法来自化学和医学成像，很少用于研究磁场。

加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所（California NanoSystems Institute at UCLA）成员纳朗（Narang）表示，太赫兹激光器的使用表明，与日益成熟的技术具有潜在的协同作用。

“太赫兹技术本身已经达到了我们可以谈论依赖它的第二种技术的地步，”她说。“在我们有激光器和探测器可以放在芯片上的频段中进行这种类型的非线性控制是有意义的。现在是真正向前推进的时候了，因为我们既有技术和有趣的理论框架，也有研究磁振子之间相互作用的理论框架。

研究人员将激光脉冲应用于一块2毫米厚的板上，该板由精心挑选的含有钇的合金制成，钇是LED和雷达技术中的一种金属。在一些实验中，以协调的方式使用了第二个太赫兹激光器，这自相矛盾地增加了能量，但有助于稳定样品。

磁场以特定的方式施加到钇上，只允许两种类型的磁振子。研究人员能够通过将样品旋转到相对于激光的特定角度来单独或同时驱动两种类型的磁振子。他们能够测量两种类型之间的相互作用，并发现它们可以引起非线性响应。

“清楚地证明这种非线性相互作用对于任何基于信号处理的应用都很重要，”共同作者、加州大学洛杉矶分校NarangLab博士后研究员Jonathan Curtis说。“像这样的混合信号可以让我们在不同的磁性输入和输出之间进行转换，这对于依赖于磁性操纵信息的设备来说是需要的。

Narang说，受训者对当前的研究以及更大的项目至关重要。

“这是一项非常艰苦的多年努力，涉及很多部分，”她说。“什么是正确的系统，我们如何使用它？我们如何考虑做出预测？我们如何限制系统，使其按照我们想要的方式运行？如果没有才华横溢的学生和博士后，我们将无法做到这一点。

该研究包括麻省理工学院化学教授Keith Nelson和UT Austin物理学教授Edoardo Baldini，以及由Narang领导的加州大学洛杉矶分校团队，该团队得到了量子科学中心的支持，量子科学中心是能源部国家量子信息科学研究中心，总部设在橡树岭国家实验室。该研究主要得到了能源部以及亚历山大·冯·洪堡基金会，戈登和贝蒂·摩尔基金会，约翰·西蒙·古根海姆纪念基金会和日本科学促进会的支持，所有这些都为合作提供了持续的支持。