计算机设计大型设备黄耀明

计算机设计大型设备

Magnonic设备具有革新电子行业的潜力。Wang Qi，维也纳大学的Andrii Chumak和TU Kaiserslautern的Philipp Pirro通过基于反馈的计算算法大大加快了多功能通用型磁控器件的设计。他们的大型设备的“逆设计”现已发表在《自然通讯》上

磁子学领域提供了一种新型的低功率信息处理，其中，磁子，自旋波的量子，代替电子携带和处理数据。该领域的最终目标是创造一种比当前电子电路更小，更节能的磁控电路。

直到最近，功能性大型电子设备的开发可能需要数年的反复试验。维也纳大学和凯撒斯劳滕大学的研究人员开发了一种新的计算方法，可以在相当短的时间内设计出新设备。

此外，通过这种新颖的逆向设计方法提高的效率有助于克服此类设备的传统问题：它们仅适合一种功能。现在，由于提出了新的概念，因此原则上可以轻松修改主设备以执行任何功能。

王奇，发表在该研究的第一作者自然通讯，建议采用为magnonics领域的光子学方法。如图所示，三个基本原理有助于解释该过程。首先，研究人员决定要设计的设备的功能，例如Y循环器，这是在系统工程中用于分离信号方向的最常见组件之一。

该设备根据循环条件将自旋波从一个端口引导到另一个端口：来自端口1的波应进入端口2，从端口2的波应进入端口3，从端口3的波进入端口1.第二，将此“任务”翻译成计算机语言。最后，计算机生成随机结构，并逐步优化它们以达到所需的功能。

这个试错法的执行速度非常快，并且由于采用了智能算法，因此可以达到最佳解决方案。最终结果是设计了具有研究人员所设想的功能的工作设备。正如维也纳大学的Wang所说：“ 开启了具有任何功能和高度复杂性的大规模电磁集成电路的大门。”

所提出的方法克服了通过实验进行设计的障碍，而是强调了研究人员的想象力的重要性，他们为计算机设计的设备固定了参数和目标。这种创造过程的一个例子来自TU Kaiserslautern的科学家Philipp Pirro：“通过逆向设计，人们可以发育出像大脑中的神经元一样的神经元，而由神经元元素代替。”

这种方法的可能性之所以令人兴奋，是因为它具有创建不同功能的能力。科学家在他们的文章中描述了他们如何创建一组不同的设备。因此，除了提到的Y循环器之外，他们还实现了一种“多路复用器”，它将具有特定频率的波分成一个通道，而将另一频率的波分成另一个通道。

在我们的日常生活中使用这种设备来获得快速的互联网连接。最终展示出来的设备是一个“非线性开关”，用于分离不同能量的自旋波：它将低功率波发送到一个输出，将高功率波发送到另一个输出。

但是，维也纳大学研究小组负责人Andrii Chumak表示：“我们的研究以广阔的前景开辟了逆向设计磁电机的新领域。到目前为止，这种方法仅在数字上得到了证明。下一个重大挑战是在实验中实现它。”

王琦在反思他们研究结果的潜力时开玩笑说：“如果我在研究开始时就采用了逆向设计方法，那么我将以更快的速度完成博士学位。”

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