Магнитные скирмионы — это мельчайшие (~10 нм) дефекты в магнитном поле, в которых оно меняет полярность на противоположную. Одним из интересных свойств скирмионов является их способность свободно перемещаться вдоль двумерной поверхности магнитного поля. Большое количество высокомобильных скирмионов действует как свободно движущийся двумерный газ.

В последние несколько лет скирмионы приобрели популярность благодаря потенциальной возможности использования их в качестве носителей информации для будущих миниатюрных, высокопроизводительных и суперэкономичных устройств. Но большинство работ в зарождающейся области скирмионики пока ограничивается рассмотрением их одномерной динамики.

Даниэль Пинна (Daniele Pinna) с соавторами из исследовательского университета Париж-Сакле (Франция) в свежем номере Physical Review Applied опубликовали статью, где описали созданное ими одно из первых устройств, использующих преимущества двумерного газа скирмионов.

Это устройство производит термальную перетасовку входящего потока скирмионов. При этом состояния скирмионов остаются неизменными, то есть, количество закодированных нулей и единиц в восходящем и исходящем потоках скирмионов остаётся одинаковым.

Как оказалось, перетасовка с «консервированием» p-величины (в этом контексте — вероятность нахождения единицы) является необходимым условием выполнения некоторых операций при альтернативном, так называемом, стохастическом, способе вычислений.

Традиционные компьютеры оперируют упорядоченными последовательностями двоичных нулей и единиц. В стохастических вычислениях порядок следования двоичных чисел не имеет значения, главное это вероятность нахождения единицы в каждой конкретной позиции битового потока.

Серьёзное преимущество стохастических вычислений это их устойчивость к ошибкам. Переключение одного бита в традиционной схеме вычислений полностью изменяет значение закодированных данных. В стохастических расчётах, для достаточно длинного битового потока эффектом от такой ошибки можно пренебречь. Это преимущество становится все более важным по мере того, как с миниатюризацией устройств увеличивается частота возникновения ошибок.

Специфика арифметических операций при стохастических вычислениях требует перетасовки двух входящих потоков с консервацией p-значения (при идентичных битовых потоках стохастическое устройство не даёт точного результата).

Такую перетасовку можно осуществлять, используя генератор псевдослучайных чисел, но такая процедура требует большого объёма памяти и расходует много энергии. Скирмионный перетасовщик предлагает высокоэффективное решение этой проблемы, на порядки величин снижая потребность в памяти и энергии.

Французские исследователи кроме того показали, что, с некоторыми модификациями, скирмионный перетасовщик может функционировать аналогично биологическому нейрону. Они рассчитывают, что в будущем эти два скирмионных устройства (нейрон и перетасовщик) найдут применение в качестве базовых элементов спинтронных стохастических (в том числе нейроморфных) компьютеров.