SKYRMIONIC BITS AND TRITS AS A DIRECT-MEMORY CALCULATION PLATFORM

En nuestra sociedad, la revolución digital inundó nuestra vida cotidiana con la proliferación de ordenadores personales y muchos otros
dispositivos: registros de datos digitales (como DVD, memorias flash o discos duros), Internet, teléfonos inteligentes... En pocas décadas,
la humanidad ha experimentado el salto tecnológico más significativo de la historia. Y no se está parando. Se acerca el 5G, la inteligencia
artificial y muchas más aplicaciones. Sin embargo, esta revolución tiene costes: uno de los principales obstáculos es el consumo de
energía. Por ejemplo, cada vez que hacemos una búsqueda en Google estamos emitiendo 0,2 g de CO2. Si el sector de las tecnologías
de la información fuera un país, sería el tercer consumidor de energía del mundo.
Y uno de los principales procedimientos que consumen energía en la computación digital, es la necesidad de leer y escribir la información
(bits magnéticos) antes y después del cálculo, respectivamente. Cualquier mejora, por pequeña que sea, en la eficiencia de la
manipulación de datos tendría un gran impacto en la sociedad. Este proyecto pretende humildemente contribuir en esta dirección.
¿Cómo? Los skyrmions magnéticos son estructuras magnéticas de tamaño nanométrico que pueden estabilizarse en materiales
magnéticos con rotura de simetría de inversión. El potencial de los skyrmions para aplicaciones proviene principalmente de tres
propiedades importantes: (i) son pequeños, se han encontrado skyrmions de tamaños de aproximadamente 15 nm; (ii) pueden moverse
mediante densidades de corriente en órdenes de magnitud menores que la corriente necesaria para mover otras estructuras magnéticas;
y (iii) están topológicamente protegidos, lo que significa que son estables ante pequeñas perturbaciones, incluso a temperatura ambiente.
Con estas propiedades, se puede considerar la presencia/ausencia de un skyrmion como un bit de información 1/0. Además, las bajas
corrientes necesarias para impulsarlos podrían permitir un control eléctrico energéticamente muy eficiente de estos bits de información.
En este proyecto pretendemos desarrollar la teoría, modelos y simulaciones que nos permitan diseñar un esquema computacional a nivel
de bits (o trit), donde el cálculo se realiza cambiando directamente los bits de memoria (o trits) y, por tanto, sin necesidad de
procedimientos de lectura/guardado.
Lla capacidad de los skyrmions y los estructuras similares de ser estables en diferentes estados (a saber: skyrmions, 2-pi skyrmions, 3-pi
skyrmions,...) permite pensar no sólo en bits sino también en trits, lo que representaría una nueva plataforma de computación ternaria.
Para lograr el objetivo desarrollaremos estrategias para sincronizar las cadenas de skyrmions (bits) y estructuras similares (trits) y
diseñaremos dispositivos que permitirán que las cadenas de bits (bytes) y trits (trytes) interactúen de tal manera que la cadena resultante
codifique el resultado de una operación matemática. Además, diseñaremos etapas de duplicación de los bits o trits de tal forma que la
información no se destruya durante la operación.
Todos estos diseños y dispositivos se controlaran magnéticamente con el objetivo final de realizar todas estas operaciones sin necesidad
de leer y escribir la información durante la operación, ahorrando así mucha energía en el proceso.