Ученые из Института Радиотехники и Электроники Саратовского отделения РАН в сотрудничестве с коллегами из Университета Калифорнии создали и протестировали устройство, способное к распознаванию различных шаблонов, например, речи или образов. Основой прибора является магнонная голографическая ячейка памяти. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters, а кратко ознакомиться с ней можно в пресс-релизе Университета Калифорнии. Препринт доступен на сайте arXiv.org.
В устройстве, представленном авторами, данные кодируются с помощью волн спинов. Спины — особая характеристика элементарных частиц, придающая им свойства маленьких магнитов. Если среди выстроенных в линию магнитов один отклоняется, это влияет на соседей и способно вынудить их тоже отклониться. Если это происходит, в среде образуется волна. Подобное явление хорошо известно в масштабах атомов в магнитных веществах. Волны, порождаемые колебаниями атомов-магнитов, называются спиновыми. Они способны взаимодействовать друг с другом, интерферируя и образуя таким образом уникальные картины для различных входных данных.
Технология распознавания образов основана на поиске различных закономерностей и повторяющихся элементов в данных. В приборе, разработанном учеными, восемь контактов, каждый из которых можно использовать либо для ввода данных (входного сигнала), либо для считывания результата взаимодействия волн. Распознавание входных данных происходит всего за 100 наносекунд — это время, необходимое волне чтобы пройти сквозь прибор и сформировать интерференционные картины.
По словам авторов, самое необычное свойство прибора — возможность параллельного функционирования всех восьми «портов». Это принципиально отличает такое распознавание от того, что проводится программно с помощью компьютеров. Ученые утверждают, что распознавание 1000 шаблонов — например, чисел от 0 до 999, займет в подобном приборе такое же время, как и распознавание 10 миллионов разных чисел. При этом, конечно, разрядность числа должна совпадать с максимальным количеством портов ввода.
Работа авторов является логическим продолжением их предыдущей разработки, двухбитного магнонного модуля памяти, вошедшего в топ-10 прорывов в физике за 2014 год по версии журнала Physics World. Новая разработка может работать не только как ячейка памяти («храня» интерференционные пики), но и как логическое устройство. По мнению авторов, оно может совершить прорыв в распознавании шаблонов в таких данных как речь и изображения.