NIMSなど、スピン波とイオン制御技術を融合した次世代AIデバイスを開発

物質・材料研究機構(NIMS)とファインセラミックスセンター(JFCC)の両者は11月22日、磁性体内を伝播する磁気の波である「スピン波」とイオン制御技術を組み合わせ、次世代のAIデバイスを開発したことを共同で発表した。

• 今回の研究に関する概要(出所:NIMSプレスリリースPDF)

同成果は、NIMS ナノアーキテクトニクス材料研究センター(MANA) ニューロモルフィックデバイスグループの土屋敬志グループリーダー、同・並木航NIMSポスドク研究員(現・MANA研究員)、同・西岡大貴研修生(現・NIMS 若手国際研究センター ICYSリサーチフェロー)、MANA イオニクスデバイスグループの寺部一弥グループリーダー、JFCCの野村優貴主任研究員、同・山本和生グループリーダーらの共同研究チームによるもの。詳細は、多様な分野の基礎から応用までを扱う学際的な学術誌「Advanced Science」に掲載された。

AIによる電力消費やクラウド通信量が指数関数的に増大しているという大きな社会問題に対する解決策として期待されている技術の1つが、「物理リザバーコンピューティング」だ。同技術は、入力された時系列信号を内部の物理現象で非線形に変換して出力する機能を持つ「物理リザバー」を用いて、信号のさまざまな特徴を分類して情報処理を行うというもの。しかし、現状では物理デバイスの計算性能が、従来型コンピュータを用いたソフトウェア型機械学習よりも劣る点が課題であるため、より高い計算性能を持つ物理リザバーの開発が強く求められている。

• 物理リザバーコンピューティングの模式図(出所:NIMSプレスリリースPDF)

そこで研究チームは今回、磁性体内を伝播する磁気の波であるスピン波を利用し、干渉させて生じる干渉パターンを計算資源として活用する物理リザバーコンピューティングの新技術の開発を試みたという。

今回の研究では、磁性体に電圧を印加して水素イオンを挿入することでスピン波を変化させ、干渉パターンを多様化させると共に、計算性能の向上が目指された。実験では、スピン波の減衰が小さく、伝播距離が長い磁性体として「イットリウム・鉄・ガーネット」(YIG)が採用され、スピン波を励起するためのアンテナと干渉後の信号を検出するためのアンテナを取り付けたデバイスが作製された。