拓扑磁性和铁电系统为储层计算带来新的可能性

语音识别、天气预报、智能家居应用：人工智能和物联网正在改善我们的日常生活。基于储层计算的系统是一个非常有前途的新领域。

杜伊斯堡-埃森大学 (UDE) 的 Karin Everschor-Sitte 教授领导的研究小组正在开展该领域的研究。他们主要研究储层计算的新可能性，例如使用磁性材料。

现在，该团队与铁电材料领域的专家一起证明了这些系统也适合更快、更有效地处理复杂数据。他们的研究成果发表在《自然评论物理学》上。

简单来说，蓄水池计算利用大型网络(蓄水池)将复杂任务转换为易于处理的形式。UDE 教授 Everschor-Sitte 解释说：“任何具有四个核心属性的系统都适合作为物理蓄水池：复杂性、短期记忆、非线性和可重复性。”

“纳米级的磁性图案非常有趣，尤其是所谓的 skyrmion。这些磁涡旋可以被移动和激发——例如通过电流、温度、电压或光脉冲——导致它们生长、收缩或变形。

“由于这些系统易于操作和测量，因此可以建造节能且易于控制的水库。它们与我们当前的计算机硬件兼容。”

大约七年前，Everschor-Sitte 及其团队通过研究为磁性储层计算奠定了基础。现在，他们与挪威科技大学 (NTNU) 的同事合作，开发了一种新变体：铁电储层计算，它基于铁电材料的特殊性质。

“它们可以很好地储存能量，可以改变其电极化，例如通过电场或温度;它们具有快速的切换行为，并且可以机械变形，”共同作者 Atreya Majumdar 博士(UDE)说。

由于磁性和铁电材料用途广泛，因此系统也可以是多维和混合的：这意味着它们具有更强的数据处理能力、复杂的模式识别能力和信息显示能力。过去的输入也可以得到更好的存储和利用，这对于时间依赖性数据来说尤其重要。

凭借储层计算的新可能性，未来可以开发与语音和图像识别、传感器技术或嵌入式系统相关的更强大的应用程序。“智能家居应用程序和物联网需要快速且耗能少的紧凑系统，”Majumdar 说。“储层计算是一种很有前途的解决方案。”