使用2D材料(二硫化钼)优化伊辛自旋系统的模拟退火表示，伊辛自旋系统是一种以自旋取向的随机性为特征的磁性系统。功劳:詹妮弗·麦肯。据宾夕法尼亚州立大学的研究人员称，旨在解决航空公司时刻表和供应链物流等大规模问题的重要优化算法可能很快会得到2D材料公司的推动，这将使算法能够更好地解决问题并使用更少的能源。这些大规模问题被称为组合优化问题，这是一组问题的术语，这些问题非常复杂，以至于使用穷举搜索来找到最佳解决方案有时是不可行的。因此，算法是通过寻找最佳可能的解决方案来解决这些问题的有价值的工具。
“这些是我们在日常生活中面临的问题，比如运输或供应链物流的调度，你需要真正优化正确做这件事的最佳方式，”工程科学和力学副教授、这项研究的主要研究者Saptarshi Das说，这项研究最近发表在《高级材料》杂志上。“一个著名的例子是旅行推销员问题，一个推销员必须从A市到B市到C市到D市，但他必须找到最佳路线，在最短的时间内访问每个城市一次，然后回家。”
这些问题是需要解决的重要问题，因为它们会影响我们接收货物和服务的速度，对客户来说它们有多贵，以及我们社会的物流对从国防到交通的任何东西来说有多高效。
“必须有人来解决这些问题，但是从计算的角度来看，运行这些算法需要大量的资源，”达斯说。“未来的目标是，如果你能以一种更智能、更节能的方式运行这个算法，这将从本质上帮助任何组织的努力，从制造业到政府甚至私人组织。”
关键是克服内存和计算单元之间数据传输过程中形成的瓶颈。当计算机试图解决一个被称为冯·诺依曼瓶颈的组合优化问题时，就会出现这种瓶颈。
“有了所有的调度和物流问题，你要处理大量的数据，然后你要进行大量的计算，每次你都必须将这大量的数据穿梭到计算中，进行计算，再把它带回来，然后再做一遍，”Das说。“这些过程消耗大量能量，数据在存储和计算之间穿梭。”
研究人员提出了一种解决方案，将一种被称为模拟退火的优化算法与一种被称为内存计算的技术相结合。模拟退火是基于冶金学中的退火，在冶金学中，金属被加热，原子自我重组，然后在最低能量状态下结晶。
“这是这里的计算框架正在采用的东西，”达斯说。"为原子提供能量，使其瞬间可能达到更高的能量状态."
研究人员建议使用模拟退火算法来寻找伊辛自旋玻璃系统的基态，伊辛自旋玻璃系统是一个以自旋方向的随机性为特征的磁系统。为了做到这一点，他们需要进行高端的计算操作，为了进行这些计算，他们使用了2D材料，这种材料只有几个原子厚。
“为了实现模拟退火，我们在硬件中执行某些计算操作，”工程科学和力学博士生、该研究的合著者阿姆里塔南德·塞巴斯蒂安(Amritanand Sebastian)说。“硬件是使用基于2D材料的晶体管实现的。除了执行计算，这些晶体管还可以存储信息。我们利用这种内存中的计算能力，以高效的方式执行模拟退火。”
这种方法有几个优点。
塞巴斯蒂安说:“首先，使用基于2D材料的晶体管可以实现超低功耗运行，节省能源。“然后，这项工作中使用的乘法器电路非常独特，使我们能够高效地计算自旋系统的能量。最后，与模拟退火的许多实现不同，实现我们的工作所需的硬件不需要随着问题的大小而扩展。”
达斯认为，将2D材料用于这一目的是有意义的，因为2D材料总体上具有未来电子产品的潜力，并且可能是硅技术的替代品。
“我们都知道硅技术正在老化，即使它仍然是一项非常活跃的技术，很难与之竞争，”达斯说。“但我们也知道，20年后，我们可能不得不增强硅技术，如果不能完全取代它的话。2D材料的独特功能非常适合我们在这项研究中的目的，使其成为在某个时候取代硅的主要候选材料之一。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
