Low-power spin Hall nano-oscillator based Ising machines
- Reference number
- IS24-0026
- Project leader
- Åkerman, Johan
- Start and end dates
- 241101-271231
- Amount granted
- 4 900 000 SEK
- Administrative organization
- Göteborg University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The SPISING project brings together three internationally leading research groups: Prof. Johan Åkerman (JÅ) at the ,University of Gothenburg (GU), Sweden, and Prof. Kyung-Jin Lee (KJL) and Prof. Byong-Guk Park (BGP) at the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). SPISING focuses on a single coherent scientific problem – laying the groundwork for, and demonstrating, viable CMOS compatible, nano-oscillator based, room-temperature Ising Machines for solving a wide class of currently intractable problems belonging to the class of Combinatorial Optimization (CO). The three groups complement each other in several important ways. The JÅ and BGP groups are world leaders in experimental spintronics, while the KJL group is a world leader in the theory of spintronic materials and phenomena. The JÅ group has pioneered large networks of mutually spin Hall nano-oscillators (SHNOs) and shown how they can be used as Ising Machines. The BGP group is a world leader in voltage-controlled SHNOs, which will be used for programming the Ising Machines. The KJL group is a world leader in novel phenomena such as the magnetic spin Hall effect and orbital currents, which bring critically important functionality to the Ising Machines. At the end of the projects, these three groups, with no prior collaboration, will have established a fruitful collaboration and demonstrated an entirely new Ising Machine technology based on spin Hall nano-oscillator arrays.
Popular science description
Det s.k. Handelsresandeproblemet är ett klassiskt problem inom optimering som går ut på att hitta den kortaste vägen för en handelsresande mellan ett antal olika städer. Problemet dyker upp helt naturligt i vardagen, då vi planerar hur vi snabbast ska ta oss hem från jobbet eller hur vi ska storhandla i matbutiken. Inom samhället i stort hittar vi oräkneliga mer komplexa exempel som t. ex. schemaläggning av personal, kollektivtrafik, och flygrutter. Handelsresandeproblemet är ett s.k. kombinatoriskt optimeringsproblem som kännetecknas av att det väldigt snabbt blir omöjligt att lösa när antalet delar som ska optimeras växer. En handelsresande som vill besöka 25 städer kan t ex göra detta på över 10^23 olika sätt! Ett annat lika svårt problem är att hitta primtalsfaktorerna i riktigt stora heltal. Svårigheten är grunden för alla publika krypteringsprotokoll på nätet. Krypteringen kan brytas om man lyckas ta reda på vilka primtalen är men det kräver exponentiellt stora resurser för att lyckas. Forskare har därför börja titta på nya sätt att göra beräkningar med fysiska system som kan dra nytta av inneboende parallella egenskaper. Man har kunnat visa att parallella nätverk av växelverkande svängningskretsar, s.k. oscillatorer, kan lösa en lång rad kombinatoriska optimeringsproblem. I vårt projekt för vi samman tre världsledande grupper, en från Sverige och två från Korea, för att studera oscillatornätverk och använda dem för att lösa kombinatoriska problem. Nätverken kommer att bygga på Prof. Johan Åkermans världsledande nano-oscillatorer, kombineras med de senaste spinntroniska fenomenen som Prof. Byoung-Guk Park står för, samt modelleras och analyseras av Prof. Kyung-Jin Lee, världsledande teoretiker inom spinntroniska material och fenomen. Tillsammans vill vi visa hur nätverk av nano-oscillatorer kan göras mycket kraftfullare, effektivare, och brett användbara för att lösa kombinatoriska optimeringsproblem utan några av de begränsningar som klassiska datorer lider av. I jämförelse kräver de väldigt lite energi och kommer att bli mycket snabbare. Vi kommer att lägga grunden för ett nytt forskningsområde där nano-oscillatorer används för kombinatoriska beräkningar och hoppas kunna ge Sverige och Korea en tätposition i att utveckla den nya beräkningsteknologi som kommer att bli resultatet.