105.000 Nano-Oszillatoren in unter 45 Nanosekunden synchronisiert

Eine Forschungskollaboration hat das weltweit größte synchronisierte Netzwerk von nanoskaligen magnetischen Oszillatoren experimentell verifiziert. Dabei wurden 105.000 Oszillatoren in nur 45 Nanosekunden erfolgreich synchronisiert. Diese Entwicklung eröffnet neue Wege zur Steigerung der Rechenkapazität für künstliche Intelligenz.

Nano-Oszillatoren sind neuartige Mikrowellen- oder optische Bauelemente, die physikalische Effekte im Nanomassstab nutzen, um hochfrequente elektromagnetische Wellen zu erzeugen. Besonders Spin-Transfer-Torque-Nano-Oszillatoren (STNOs), die den Spin-Hall-Effekt zur Steuerung magnetischer Momentoszillationen nutzen, sind Gegenstand intensiver Forschung.

Die Forschung, eine gemeinsame Anstrengung der Universität Göteborg, des Indian Institute of Technology Bhubaneswar und der Tohoku University, wurde in Nature Nanotechnology veröffentlicht. Die Oszillatoren mit einer Breite von 10–20 Nanometern traten spontan innerhalb von 45 Nanosekunden in einen synchronisierten Zustand ein. Dies deutet auf das Potenzial für kohärente spintronische Netzwerke im Grossmassstab hin.

Messungen zeigten, dass die Synchronisation von 100 Oszillatoren 10 Nanosekunden dauerte, während sich die Synchronisationszeit bei einer Skalierung auf 105.000 Oszillatoren nur auf etwa 45 Nanosekunden erhöhte. Dies stellt eine fast tausendfache Vergrösserung gegenüber zuvor demonstrierten kohärenten spintronischen Systemen dar, die auf etwa 64 Oszillatoren beschränkt waren.

Diese synchronisierten Anordnungen werden als Hardware-Plattformen für Anwendungen wie Ising-Maschinen und Reservoir-Computing vorgeschlagen, die bei Frequenzen bis zu mehreren zehn Gigahertz arbeiten. Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Rechenleistung für KI und der Grenzen traditioneller siliziumbasierter Hardware werden solche Fortschritte in der energieeffizienten Datenverarbeitung immer wichtiger.