EXPORT.CZ | Objevy známého českého fyzika Tomáše Jungwirtha, kterých dosáhl společně se svým týmem z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR, ukazují směr k mnohonásobně výkonnějším a rychlejším počítačům budoucnosti. Čeští vědci se tak podílejí na velkých proměnách elektroniky i fungování umělé inteligence.
Přemýšlel jsem, jak bych jednoduše ve dvou slovech vyjádřil to, čím se zabýváte a k čemu směřuje váš výzkum. Napadla mě – zázračná paměť. Tedy zázračná paměť, kterou se budou vyznačovat budoucí počítače a umělá inteligence. Souhlasil byste?
My vědci nemáme moc rádi slovo zázrak. Když se nám totiž podaří něco objevit, většinou je za tím spousta let práce. Lidem se ale může zdát, že budoucí počítačové součástky budou zázračné, protože budou principiálně jiné než ty dosavadní. Také náš pohled na paměť se mění. V současnosti máme v počítačích oddělenou paměťovou část a procesor. To je ale zároveň hlavní problém dnešních počítačů. V lidském mozku paměť a zpracování informace oddělené nejsou. A součástky, které zkoumáme, už se více chovají jako neurony v mozku. Paměť a zpracování informace jsou na stejném místě.
To, že směřujete k rychlejšímu zápisu paměti a k výkonnějším počítačům budoucnosti, ale pravda je…
Ano. Výkonnějším, rychlejším. Větší rychlosti můžete dosáhnout dvěma způsoby. První možnost spočívá právě v tom, že nebudete mít oddělenou paměť od zpracování informace. Tím odpadá úzké hrdlo mezi pamětí a procesorem – takzvaný von Neumannův bottleneck v současné počítačové architektuře. Druhou možností je, že vyvinete součástku, která bude mít kratší reakční dobu – ať už jde o paměťovou součástku nebo procesor. My kombinujeme oba přístupy – zkoumáme integrované paměťovo-procesorové součástky, které jsou schopné reagovat nejen na elektrické, ale i na ultrakrátké optické pulzy. Rychlost elektrických pulzů v současné elektronice se měří v nanosekundách – tedy 10 na minus devátou sekundy. Naše součástky reagují i na optické pulzy o délce sto femtosekund. Oproti současné elektronice jsme tak o další čtyři řády rychlejší.
Váš výzkum stojí na dvou pilířích – zabýváte se spintronikou, která kromě náboje elektronu využívá také jeho spin, a paměť zapisujete na takzvaných antiferomagnetech. Mohl byste to více přiblížit?
Klasické polovodičové součástky využívají náboj elektronů, ale každý elektron je také elementární magnet a této jeho vlastnosti říkáme ve fyzice spin. Procesory jsou polovodičové, zatímco médium, které se převážně používá pro dlouhodobé ukládání informací, jsou magnety například v pevných počítačových discích nebo magnetických čipech. Hlavní myšlenkou spintroniky je, že když budeme využívat obou vlastností zároveň, tedy náboje i spinu elektronu, můžeme vytvořit součástku, která bude fungovat zároveň jako paměť i jako procesor. A v rámci spintroniky můžete pracovat s magnetickými materiály, které jsou buď feromagnety, nebo antiferomagnety.
Feromagnet je vlastně klasický magnet…
Přesně tak. Feromagnet je ten běžně známý magnet, který nám drží na ledničce. Antiferomagnety jsou taková kuriozita, protože mají krystalovou mřížku uspořádanou tak, že magnety elektronů kolem jednoho atomu míří jedním směrem, zatímco u sousedního atomu míří přesně opačně. Magnetické látky se ale překvapivě mnohem častěji uspořádávají antiferomagneticky než feromagneticky. Tím, že se lidé posledních 3 000 let soustředili téměř výlučně na feromagnety, tak vlastně ignorovali většinu možností, které by mohl obor magnetizmu nabídnout.
