Исследователи из университета Тохоку, университета Мессины и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали и продемонстрировали работоспособность спинтронного вероятностного компьютера (p-компьютера), построенного на базе новой масштабируемой архитектуры со стохастическими спинтронными устройствами. Наличие спинтронных вероятностных устройств позволяет этому компьютеру достаточно легко справляться с тяжелыми вычислительными задачами определенных типов, включая задачи по комбинаторной оптимизации и глубинному машинному обучению.Основой р-компьютера являются стохастические стандартные блоки, называемые вероятностными битами (p-биты). В отличие от битов обычных и даже квантовых компьютеров, которые могут находиться в нескольких фиксированных состояниях, p-биты могут находиться где-то в промежутке между этими состояниями. P-компьютер может работать при комнатной температуре и решать вероятностные алгоритмы, широко используемые в задачах определенного рода.

На страницах нашего сайта мы уже рассказывали, что ранее исследователи из университета Тохоку продемонстрировали, что p-биты могут быть достаточно просто созданы на базе спинтронных устройств, называемых стохастическими магнитными туннельными переходами (stochastic magnetic tunnel junctions, sMTJ). Однако, в прошлых исследованиях ученым удалось лишь создать единичные p-биты и изучить особенности их функционирования.
Сейчас же ученые продемонстрировали, что sMTJ p-биты могут быть объединены с обычными электронными компонентами и программируемыми матрицами логических элементов (FPGA). Комбинация "sMTJ + FPGA" позволяет выстраивать из p-битов целые спинтронные сети, которые, как нетяжело догадаться, способны решать более сложные задачи, нежели единичные p-биты.

Далее ученые произвели сравнения работы их опытного образца p-компьютера с работой классических вычислительных систем на базе графических процессоров и специализированных тензорных процессоров. Сравнение проводилось на задаче моделирования квантового отжига (simulated quantum annealing, SQA), и, даже несмотря на свой "экспериментальный и опытный" статус, p-компьютер продемонстрировал огромное превосходство с точки зрения вычислительной мощности и количества затраченной на вычисления энергии.

"Имеющийся у нас в настоящее время "sMTJ + FPGA" p-компьютер является лишь первым прототипом с дискретными электронными компонентами" - рассказывает профессор Шунсюкэ Фуками (Shunsuke Fukami), - "Будущие же p-компьютеры будут системами, в которых p-биты будут интегрированы с полупроводниками, устройствами магнитной памяти и другими необходимыми компонентами. Конечно, все это потребует участия в разработке специалистов в области физики, материаловедения, проектирования гибридных схем и специалистов, способных составлять соответствующие алгоритмы".