אלגוריתם גנטי חדש מאפשר עיצוב מדויק של ננו-מבנים גבישיים פונוניים עבור מחשוב קוונטי ותקשורת משופרים, כפי שאושר על ידי אימות ניסיוני, המאפשר בקרת גלים אקוסטיים מדויקת. קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרים פיתחו אלגוריתם גנטי לתכנון ננו-מבנים גבישיים פונוניים, מתקדמים באופן משמעותי מחשוב קוונטי ותקשורת.
השיטה החדשה, מאומתת באמצעות ניסויים, מאפשרת שליטה מדויקת בהתפשטות הגלים האקוסטיים, ומבטיחה שיפורים במכשירים כמו סמארטפונים ומחשבים קוונטיים.
מהפכת המחשוב הקוונטי
הופעת המחשבים הקוונטים מבטיחה לחולל מהפכה בתחום המחשוב על ידי פתרון בעיות מורכבות באופן אקספוננציאלי מהר יותר מאשר מחשבים קלאסיים. עם זאת, המחשבים הקוונטים של היום מתמודדים עם אתגרים כמו שמירה על יציבות והובלת מידע קוונטי.
פונונים, שהם תנודות קוונטיות בסריגים תקופתיים, מציעים דרכים חדשות לשיפור מערכות אלו על ידי שיפור אינטראקציות קוויביט ומתן המרת מידע אמינה יותר. פונונים גם מקלים טוב יותר תִקשׁוֹרֶת בתוך מחשבים קוונטיים, מה שמאפשר חיבור ביניהם ברשת.
חומרים ננו-פוניים, שהם ננו-מבנים מלאכותיים בעלי תכונות פונוניות ספציפיות, יהיו חיוניים עבור הדור הבא של רשתות ותקשורת קוונטית. עם זאת, עיצוב גבישים פונוניים עם מאפייני רטט רצויים בקנה מידה ננו ומיקרו נותר מאתגר.
חוקרים במכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו מיישמים אלגוריתם גנטי לעיצוב אוטומטי של גבישים פונוניים בעלי תכונות רטט רצויות, מה שעשוי לסייע בהתקני מחשב ותקשורת עתידיים. קרדיט: המכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו
חומרים פונוניים מתקדמים
במחקר שפורסם ב-3 ביולי בכתב העת ACS Nanoחוקרים מהמכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו הוכיחו בניסוי אלגוריתם גנטי חדש לתכנון הפוך אוטומטי – המפיק מבנה המבוסס על תכונות רצויות – של ננו-מבנים גבישיים פונוניים המאפשרים שליטה על גלים אקוסטיים בחומר.
"ההתקדמות האחרונה בתחום בינה מלאכותית ועיצוב הפוך מציעים את האפשרות לחפש מבנים לא סדירים שמראים תכונות ייחודיות", מסבירה המחברת הראשית של המחקר, מישל דייגו.
אלגוריתמים גנטיים משתמשים בסימולציות כדי להעריך באופן איטרטיבי את הפתרונות המוצעים, כשהמיטב מעביר את המאפיינים שלהם, או ה'גנים', לדור הבא. מכשירים לדוגמה שתוכננו ויוצרו בשיטה חדשה זו נבדקו בניסויים של פיזור אור כדי לקבוע את היעילות של גישה זו.
עיצוב מכשירים עתידיים
הצוות הצליח למדוד את הרעידות על 'מטקריסטל' פונוני דו מימדי, שהיה לו סידור תקופתי של יחידות מעוצבות קטנות יותר. הם הראו שהמכשיר אפשר רעידות לאורך ציר אחד, אך לא לאורך כיוון מאונך, וכך ניתן להשתמש בו למיקוד אקוסטי או למובילי גל.
"על ידי הרחבת החיפוש אחר מבנים אופטימליים עם צורות מורכבות מעבר לאינטואיציה האנושית הרגילה, זה הופך להיות אפשרי לתכנן מכשירים עם שליטה מדויקת במאפייני התפשטות הגלים האקוסטיים במהירות ובאופן אוטומטי", אומר מחבר בכיר, Masahiro Nomura.
גישה זו צפויה להיות מיושמת על התקני גל אקוסטיים על פני השטח המשמשים במחשבים קוונטיים, סמארטפונים והתקנים אחרים.
