Багато комп’ютерних ентузіастів стикаються з проблемою енергомісткої електроніки, яка виділяє надмірну кількість тепла. Вчені по всьому світу шукають нові підходи для підвищення продуктивності обчислювальних систем. Деякі експерти прагнуть замінити рух електронів менш енерговитратними альтернативами. Одним із таких рішень є магнонний транспорт, при якому інформацію передають не електричні струми, а магнітні сигнали. Одним із провідних фахівців у цій сфері є доктор Андрій Чумак з Віденського університету. Його команда розробила прототип процесора, який працює на магнітних коливаннях, а не на традиційних електронних імпульсах.

Переваги магнонних схем

Звичайні електронні схеми переміщують електрони по металевих провідниках, що призводить до витрат енергії та нагрівання. Магнонні ж системи використовують хвилі, породжені спіновою поведінкою електронів у певних матеріалах. Коли спіни електронів зміщуються, вони викликають зсув сусідніх спінів, формуючи спінову хвилю. Якщо така хвиля поводиться як єдина сутність, фізики називають її квазічастинкою.

Магнонні схеми можуть суттєво знизити споживання електроенергії, оскільки хвилі рухаються без необхідності в потужних електричних струмах. Деякі дослідники також вважають, що така технологія дозволить зменшити кількість компонентів в електронних пристроях, що ще більше зменшить їхній розмір.

Пристосування до нових завдань

Однією з важливих характеристик нового магнонного процесора є універсальність – він може виконувати різні функції без додаткових компонентів.

Зокрема, пристрій можна використовувати як:
✅ Фільтр частот – для блокування небажаних частот сигналу
✅ Демультиплексор – для розділення даних на кілька каналів

Це особливо важливо для безпровідних мереж 5G та 6G, де точний контроль розподілу сигналів є ключовим для досягнення високих швидкостей передачі даних. Щоб підтвердити ефективність технології, дослідники проводять систематичне тестування та аналізують рух хвиль у реальному часі. Це допомагає гарантувати, що фільтрація та маршрутизація сигналів працюють без збоїв.

Використання ШІ для розробки схем

Проектування магнонних схем – складне завдання, якщо інженери намагаються вручну проаналізувати кожну дрібну деталь. Тому вчені використовують інверсний дизайн, коли алгоритми штучного інтелекту самостійно створюють оптимальну схему, виходячи з заданих цілей.

Методи машинного навчання допомагають швидко знаходити найкращі варіанти серед великої кількості можливих конфігурацій. Це знижує вплив людського фактору та відкриває нові рішення, які традиційні підходи могли б пропустити.

🔹 «Ми передали повний контроль комп’ютеру», – зазначає доктор Чумак. Такий підхід дозволяє досліджувати безліч варіантів, на які у людей просто не вистачило б часу.

Мініатюризація для більшої ефективності

Наразі прототипи магнонних процесорів все ще більші за комерційні мікросхеми, тому їх потрібно вдосконалювати. Дослідники вважають, що зменшення розмірів до менш ніж 100 нанометрів може суттєво підвищити ефективність.

Перехід на такі масштаби вимагає використання новітніх матеріалів та високоточних виробничих технологій. Але якщо це вдасться, результати можуть виявитися вражаючими:

✅ Компактніші пристрої
✅ Менше енергоспоживання
✅ Менше електромагнітних перешкод

Зменшення розмірів також спростить інтеграцію магнонних схем із сучасними напівпровідниковими компонентами.

Потенційні сфери застосування

📡 Телекомунікації
Магнонні фільтри можуть очищати сигнали та зменшувати енергоспоживання бездротових мереж, які обслуговують мільярди пристроїв.

🧠 Штучний інтелект
Застосування магнонних схем у системах розпізнавання зображень та аналітики в реальному часі може підвищити швидкість обробки даних без перегріву пристроїв.

🔒 Кібербезпека
Компактні магнонні процесори можуть знайти застосування у захищених комунікаціях та машинній взаємодії.

Перехід від електроніки до магноніки

Попри значний потенціал, ця технологія все ще стикається з низкою викликів:
🔹 Точне налаштування та калібрування кожного етапу виробництва
🔹 Чутливість магнонних хвиль до зовнішніх завад та температурних коливань

Експерти прогнозують поступовий перехід від традиційних електронних схем до гібридних платформ, де будуть поєднуватися магнони та електрони. Таке поєднання може почати застосовуватися у комерційних пристроях, якщо дослідники підтвердять стабільність роботи в реальних умовах.

Підготовка до ринку

Перед виходом на ринок нові технології проходять суворі випробування. Магнонні пристрої повинні демонструвати стабільну продуктивність навіть при зміні температури та електромагнітного фону. Співпраця між університетами та технологічними компаніями може прискорити перехід від лабораторних експериментів до масового виробництва. Зрештою, успіх магнонних схем залежатиме від балансу між вартістю, надійністю та продуктивністю. Якщо вони зможуть конкурувати з традиційною електронікою, то мають всі шанси на широке впровадження.

📌 Дослідження опубліковане в журналі IEEE Transactions on Magnetics.