DARPA, Yeni Nesil Savunma Teknolojisini Geliştirmek İçin Fiziğin En Tuhaf Yeni Sınırını Keşfediyor

temellerini yeniden şekillendirmek amacıyla askeri bilgisayar Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), elektronik ve elektronik alanında en yeni ve en tuhaf projelerden birini araştırıyor. fizikteki sınırlar: altermanyetizma.

Son zamanlarda, teşkilatın Savunma Bilimleri Ofisi (DSO), “ başlıklı bir Bilgi Talebi (RFI) yayınladı.Cihazlar için Alternatifmanyetizma", araştırmacıları pratik elektronik ve teknolojiye yönelik bir rota çizmeye yardımcı olmaya davet ediyor. spintronik teknolojileri bu bunu kullanabilir egzotik manyetik davranış.

Alternatifmanyetizma bilim kurgudan alınmış bir şeye benziyor. Uzun zamandır bilinen iki manyetizma türünün özelliklerini birleştirir: ferromanyetizma (buzdolabı mıknatıslarını çalıştıran tür) ve antiferromanyetizma (birçok metalde bulunur ancak çıplak gözle görülemez).

Bununla birlikte, asıl merakı, DARPA'nın "göreceli olmayan spin bölünmesi" olarak adlandırdığı, materyallere izin veren bir olguda yatmaktadır. manyetik olarak hareket etmek herhangi bir net manyetik alan üretmeden.

Pratik anlamda, alternatif manyetik malzemeler, geleneksel elektronikleri rahatsız eden parazit, güç tüketimi veya yavaşlık olmadan elektronların kuantum dönüşünü manipüle eden devreleri mümkün kılabilir.

RFI, altermanyetizmanın "hem ferromanyetizma hem de antiferromanyetizma özelliklerini sergilediğini" belirtiyor. İkincisi gibi, bu malzemelerin içindeki manyetik dönüşler zıt yönlere işaret ederek birbirini iptal eder. Bununla birlikte, antiferromıknatıslardan farklı olarak, dönüşler, ferromıknatıslara benzer bir özellik olan, enerji bandının bölünmesine hala izin veren dönme simetrisi ile ilişkilidir.

Görünüşte küçük olan bu yapısal tuhaflık dönüştürücü olabilir. Ajans, alternatif mıknatısların "spintronik cihazlar tasarlarken ferromıknatısların ve antiferromıknatısların karşılaştığı büyük engelleri aşabileceğini" belirtiyor. Bu, geleneksel yarı iletken mimarilerin enerji verimliliğinden çok daha üstün performans gösteren "ultra düşük enerji hesaplama" teknolojilerinin tasarlanmasını mümkün kılar.

Başarılı olması halinde, DARPA'nın programı, bugün var olan her şeyden daha küçük, daha hızlı ve enerji açısından çok daha verimli olan tamamen yeni bir bilgi işlem sistemleri kategorisinin temelini oluşturabilir.

"Spin elektroniği"nin kısaltması olan Spintronics, gerçek dünyaya çoktan girmiştir. Modern sabit diskler, manyetik sensörler ve yeni ortaya çıkan MRAM çiplerinin tümü, bilgiyi okumak, depolamak veya algılamak için elektronların yükünden ziyade kuantum dönüşüne dayanır. Bu teknolojiler hızlı, dayanıklı ve enerji açısından verimlidir. Ancak yine de spini yalnızca sınırlı bir şekilde kullanıyorlar.

DARPA, spini yalnızca verileri depolamak için değil aynı zamanda onunla hesaplamak için kullanarak daha iddialı bir şey yapmayı düşünüyor. Bu, transistörlerin yükü manipüle ettiği kadar hızlı ve hassas bir şekilde dönüş durumlarını değiştirebilen ve kontrol edebilen malzemeler gerektirecektir.

Mevcut mevcut seçenekler yetersiz kalıyor. Ferromıknatısların mıknatıslanması kolay olsa da, girişim yapan manyetik alanlar yaratır ve mantıksal işlemler için çok yavaş geçiş yapar. Antiferromıknatıslar girişimi önler ancak spin-polarize akımları manipüle etmek için gereken dahili spin-bölme işleminden yoksundur.

Ancak alternatif mıknatıslar bu dengeyi değiştirebilir. Sıfır net mıknatıslanma ve doğal olarak spin-bölünmüş elektronik bantlarla, hızlı, parazitsiz spin tabanlı hesaplamanın heyecan verici olasılığını sunuyorlar. Bu atılım sonunda gerçek spintronik işlemcileri mümkün kılabilir.

Büyük sorun mu? Henüz hiç kimse alternatif mıknatıslardan çalışan bir cihazın nasıl yapılacağını bilmiyor. DARPA, "Birkaç cihaz değiştirme teklifi öne sürülmüş olsa da, fikirler deneysel olarak test edilmemiş durumda" diye yazıyor.

Ayrıca DARPA'nın belirttiği gibi "alternatifliğin karakterizasyonu da bir zorluktur." Alternatifmanyetizmayı doğrulamak için mevcut "altın standartlar", genellikle büyük ölçekli fizik tesisleri için ayrılmış tekniklere ve spin çözümlemeli fotoelektron spektroskopisi, müon spin rotasyonu ve nötron saçılması gibi yöntemlere dayanmaktadır.

Bu, birçok potansiyel araştırma grubunun, bırakın onları çalışan prototiplere entegre etmeyi, bu malzemeleri keşfedecek altyapıdan bile yoksun olduğu anlamına geliyor.

Bunu değiştirmek için DARPA, "en son teknolojiye sahip bilgi işlem mimarilerine karşı altermanyetizma kullanıldığında beklenen iyileştirme türleri hakkında gerçekçi, veri veya teori destekli bilgiler" talep ediyor. Ajans ayrıca bu tür cihazların temel sınırlamaları ve bunları pratik hale getirmek için aşılması gereken teknik engeller hakkında da geri bildirim istiyor.

Bu, DARPA'nın yalnızca bir merakın peşinde koşmadığını, aynı zamanda aşağıdaki gibi diğer çabalara paralel olabilecek yeni bir ulusal araştırma girişiminin zeminini hazırladığını da gösteriyor: "İLHAM VERMEK(Nörolojik Sistemlerin Gerçekte Bilgiyi Nasıl İşlediğinin Araştırılması), insan beyninin gerçekliği nasıl inşa ettiğini anlamayı amaçlıyor.

DARPA'nın bildiriminde savunma uygulamalarından açıkça bahsedilmese de olası sonuçlar açıktır. Alternatif manyetik cihazlar, ultra düşük güçlü yapay zeka işlemcilerin, kriptografik hızlandırıcıların veya uzay ve savaş alanı koşullarına uygun radyasyona dayanıklı elektroniklerin temelini oluşturabilir.

Savunma Bakanlığı uzun süredir uydularda, otonom dronlarda veya sahada konuşlandırılabilir sensörlerde konuşlandırılmış sistemler için güç gereksinimlerini azaltmaya çalışıyor. Altermanyetizma, hesaplamalı enerji maliyetlerini büyüklük sıralarına göre azaltmanın bir yolunu sunabilir ve sürekli yeniden tedarik veya soğutmaya ihtiyaç duymadan uçta kalıcı gözetim ve karar almayı mümkün kılabilir.

Aynı zamanda güvenli iletişimde devrim yaratabilir. Alternatif mıknatıslara dayanan Spintronik cihazlar, elektron dönüşlerinin kuantum düzeyinde kontrolüne izin vererek, kurcalamaya karşı dayanıklı veri kodlamanın ve birçok siber saldırı biçimine doğası gereği bağışık olan güvenli donanım mimarilerinin önünü açabilir.

Tüm bu potansiyel savunma uygulamaları, savaş alanının çok ötesine geçerek ticari teknoloji sektörünü derinden şekillendirebilir. Örneğin, bir çalışma yayınlandı Bu yılın başlarında, Pentagon'un Teröre Karşı Küresel Savaş'ın en yoğun olduğu dönemde yakıt maliyetlerini düşürme çabasının istemeden de olsa Amerika'nın modern temiz enerji patlamasını ateşlediği ortaya çıktı.

Alternatif manyetizma bilimi henüz emekleme aşamasındadır. İlk kez 2019'da açıklanan bu olay yalnızca deneysel olarak ortaya çıktı onaylandı Geçen yıl Nottingham Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından.

Daha yakın zamanlarda, Bilgilendirme bilim adamlarının keşfettiğini bildirdi ilk organik alternatif mıknatıs— ışığı alışılmadık şekillerde bükebilen bir malzeme. Bulgular, alternatif manyetik etkilerin geleneksel metalik kristallerin çok ötesine uzanabileceğini ve karmaşık moleküler sistemlerde bile potansiyel olarak ortaya çıkabileceğini öne sürüyor.

Devrim niteliğindeki fiziği ana akıma girmeden önce tespit etme geçmişine sahip olan DAPRPA için, alternatifmanyetizma bir sonraki büyük bahis gibi görünüyor.

Eğer altermanyetizma vaadinin küçük bir kısmını bile yerine getirirse, bilgisayarların evriminde bir dönüm noktasına işaret edebilir; silikon transistörlerin enerji ve ısı limitlerinden bir kaçış yolu.

DARPA'nın bildiriminin de açıkça ortaya koyduğu gibi kurum, teorinin ötesine geçerek yeni nesil elektronikleri mümkün kılmak için "altermanyetizmayı kullanan" somut cihazlara doğru ilerlemek istiyor.

Bu cihazların kuantum iletişim ağlarına mı, yapay zeka destekli savunma sistemlerine mi yoksa uzaydaki bilgisayarlara mı bağlanacağı henüz bilinmiyor. Ancak altermanyetizmanın tuhaf fiziğinin Pentagon'un dikkatini çektiği açık. Tek başına bu bile alanı karanlık fizik laboratuvarlarından teknolojik yeniliğin ön saflarına taşıyabilir.

RFI'ye göre DARPA, üniversiteler, ulusal laboratuvarlar, FFRDC'ler ve özel sektör de dahil olmak üzere araştırma ortamından yanıtlar bekliyor. Başvurular yalnızca malzeme keşfine değil, cihaz tasarımına da odaklanmalı ve mevcut bilgi işlem teknolojilerine göre ölçülebilir gelişmelerin ana hatlarını çizmelidir. Yanıtların 12 Kasım 2025'e kadar verilmesi gerekiyor.

RFI, bunun bir finansman talebi değil, gelecekteki olası programlar için bilgi toplama amaçlı bir veri toplama çabası olduğunu vurguluyor. Yine de tarihin gösterdiği gibi, DARPA'nın RFI'ları çoğu zaman önemli yatırımların habercisidir.

Ajans, "DARPA, altermanyetizmadan yararlanan pratik elektronik ve spintronik cihazların tasarlanması ve inşası için en son teknoloji ve gelecekteki olası yönler hakkında fikir ve bilgi arıyor" diye yazıyor. "DARPA, alternatif manyetizma ve son teknoloji ürünü bilgi işlem mimarileri (hem ticari hem de araştırma aşamasında) kullanıldığında beklenen iyileştirme türleri hakkında gerçekçi, veri veya teori destekli bilgileri teşvik eder."

Tim McMillan emekli bir kolluk kuvveti yöneticisi, araştırmacı muhabir ve The Debrief'in kurucu ortağıdır. Yazıları genellikle savunma, ulusal güvenlik, İstihbarat Topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanmaktadır. Tim'i Twitter'da takip edebilirsiniz: @LtTimMcMillan. Tim'e e-posta yoluyla ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e-posta yoluyla: [email protected]