علماء يستعينون بنظرية 'التحكم الأمثل' لتحديث الذاكرات المغناطيسية للذكاء الاصطناعي

مدار الساعة -في تحول قد يغير معالم صناعة الذاكرة الرقمية ويحد من استهلاك الطاقة المرتفع لتقنيات الذكاء الاصطناعي، طوّر فريق بحثي من جامعة إدنبرة إطاراً رياضياً جديداً يستند إلى «نظرية التحكم الأمثل» لخفض الطاقة اللازمة لكتابة البيانات في الذكرات المغناطيسية المستقبلية بنسب تصل إلى آلاف المرات.

ويأتي هذا الابتكار للتعامل مع التكلفة الطاقية المتزايدة لمعالجة البيانات وتخزينها، حيث تعتمد نماذج اللغة الضخمة، والمحاكاة العلمية، والتوصيات الرقمية على عمليات استرجاع وإعادة كتابة متكررة، وتستهلك قدرات كهربائية هائلة عبر مراكز البيانات حول العالم.

وتركز الدراسة، التي قادها الدكتور إلتون سانتوس من معهد فيزياء المادة المكثفة والأنظمة المعقدة بنشرها في مجلة المواد المتقدمة، على إيجاد مسار رياضي دقيق يوجه الحركة الطبيعية للمغناطيس لقلب الحالات المغناطيسية التي تمثل «البت» الرقمي (بين 0 و1) بدلاً من زيادة القوة المطبقة.

ويستغني هذا النهج عن تطبيق نبضات مغناطيسية ثابتة وشديدة تستهلك طاقة مرتفعة وتواجه صعوبات في التوسع مع تصغير حجم الأجهزة، ما يقدم بديلاً متطوراً لتقنيات الذاكرة الحالية مثل ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية ذات نقل عزم الدوران (STT-MRAM) وعزم الدوران المداري (SOT-MRAM).

وأظهرت التقييمات عبر المحاكاة الحاسوبية لثلاث مواد مغناطيسية فائقة الرقة من فئة «فان دير فالس» (Fe₃GaTe₂ وFe₃GeTe₂ وCrSBr) قدرة النبضات المصممة رياضياً على عكس المغنطة في غضون 1 إلى 10 بيكوثانية فقط، وبمجالات مغناطيسية أضعف بـ 10 مرات مقارنة بالطرق القياسية.

وسجلت عمليات التبديل استهلاكاً للطاقة بلغ نحو 0.94 نانو جول مقارنة بـ 91.2 نانو جول للأساليب التقليدية، مع إمكانية خفض استهلاك الطاقة مستقبلاً إلى مستوى «الفيمتو جول» عند ضبط الخصائص المغناطيسية مثل التخميد والتباين المغناطيسي.

ويرى الباحثون أن تقريب مستويات الطاقة إلى «حد لانداور» وهو الحد الديناميكي الحراري الأساسي لأقل كمية طاقة متبددة عند مسح البيانات يفتح الآفاق لتطبيق هذه الرياضيات عبر وسائط أخرى.

ولا تقتصر هذه الاستراتيجية على المجالات المغناطيسية فحسب، بل يمكن تكييفها مع التيارات الكهربائية ونبضات الليزر فائقة السرعة، ما يوفر مرونة هندسية لدمج الضوء والكهرباء والمغناطيسية لتطوير جيل جديد من الإلكترونيات الدورانية عالية الكفاءة.