Energieffektiva Isingmaskiner med spinntroniska oscillatorer
- Diarienummer
- IS24-0026
- Projektledare
- Åkerman, Johan
- Start- och slutdatum
- 241101-271231
- Beviljat belopp
- 4 900 000 kr
- Förvaltande organisation
- Göteborg University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
I vårt projekt för vi samman tre världsledande grupper för att studera oscillatornätverk och använda dem som Isingmaskiner för att lösa kombinatoriska problem: Prof. Johan Åkerman (JÅ) vid Göteborgs Universitet, samt de två koreanska grupperna som leds a Prof. Kyung-Jin Lee (KJL) och Prof. Byong-Guk Park (BGP) vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). Isingmaskinerna kommer att bygga på Prof. Johan Åkermans världsledande nätverk av synkroniserade nano-oscillatorer. De kommer att programmeras med hjälp av de senaste genombrotten inom spänningskontrollerade nano-oscillatorer från BGP:s grupp. Slutligen kommer KJLs internationellt ledande teoretiska forskning att bidra med nya fenomen som den magnetisk spin-Hall-effekten och orbitalströmmar, för att dels förbättra oscillatornätverken, dels ge dem ytterligare funktioner. De tre grupperna har inte tidigare några gemensamma sammarbeten. Efter avslutat projekt kommer de att ha etablerat mycket fruktbara samarbeten och tagit fram en banbrytande teknologi för Isingmaskiner med stor kommersiell potential.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.