反设计磁电子学的草图。功劳:克洛伊·金，时代插画工作室Magnonic设备有潜力彻底改变电子行业。维也纳大学的王琦、安德里·丘马克和土耳其凯泽斯劳滕大学的菲利普·皮罗通过一种基于反馈的计算算法极大地加速了多功能磁振子装置的设计。他们的磁振子“逆向设计”现已发表在《自然通讯》上。磁振子领域提供了一种新型的低功率信息处理，其中自旋波的量子磁振子代替电子携带和处理数据。这个领域的最终目标是创造磁振子电路，这种电路将比目前的电子电路更小、更节能。
直到最近，功能性磁振子的发展可能需要多年的反复试验。来自维也纳大学和德克萨斯大学的研究人员开发了一种新的计算方法，可以在更短的时间内设计出新的设备。此外，通过这种新颖的逆向设计方法增加的效率有助于克服这种器件的传统问题:它们只适用于一种功能。现在，由于提出了新概念，原则上可以很容易地修改主设备来执行任何功能。
发表在《自然通讯》上的这项研究的第一作者王琦建议在磁振子领域采用光子学方法。三个基本原则有助于解释这个过程，如图所示。首先，研究人员决定他们想要设计的设备的功能，例如，Y循环器，这是系统工程中分离信号方向的最常见组件之一。该设备根据循环条件将自旋波从一个端口引导到另一个端口:来自端口1的波应该进入端口2，来自端口2的波进入端口3，并且从端口3进入端口1。第二，这个“任务”被翻译成计算机语言。最后，计算机生成随机结构，并逐步优化它们，以达到所需的功能。这种试错过程以非常高的速度进行，并且由于智能算法而获得最佳解决方案。最终的结果是设计出一种具有研究者设想的功能的工作装置。正如维也纳大学的王所说:“这为大规模磁振子集成电路打开了大门，它具有任何功能和高度的复杂性。”
提出的方法克服了通过实验进行设计的障碍，相反，强调了研究人员想象力的重要性，他们为计算机设计的设备确定参数和目标。TU Kaiserslautern的科学家Philipp Pirro给出了这一创造性过程的一个例子:“通过逆向设计，我们可以开发出类似大脑中的神经元，但却是由磁振子组成的。”
对这种方法的可能性的兴奋来自于它创造不同功能的能力。在他们的文章中，科学家们描述了他们是如何创造出一套不同的设备的。因此，除了提到的Y循环器，他们还实现了一个“多路复用器”，将特定频率的波分成一个通道，将另一个频率的波分成另一个通道。这种设备被用于我们的日常生活中，以获得快速的互联网。最后演示的设备是一个“非线性开关”，它分离不同能量的自旋波:它向一个输出端发送一波低功率，向另一个输出端发送一波高功率。然而，维也纳大学研究小组的负责人安德里·丘马克说，“我们的研究以伟大的视角打开了逆向设计磁电子学的新领域。目前，这种方法仅在数字上得到了证明。下一个重大挑战是在实验中实现它。”
在思考他们发现的潜力时，王琦开玩笑说:“如果我在学习之初采用逆向设计方法，我会更快完成博士学位。”
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