32、基于物理波干涉函数的非常规纳米计算

基于物理波干涉函数的非常规纳米计算

1. 自旋波物理层概述

1.1 自旋波特性与数据表示

自旋波，也称为磁振子，是铁磁材料中有序自旋晶格中电子自旋围绕磁化方向的集体振荡。这种基于波的现象具有多种特性可用于编码数据，如波的相位、振幅和频率，为多维压缩数据表示提供了新途径。
- 二进制数据表示 ：仅利用相位，逻辑 0 和逻辑 1 分别对应初始相位为 0 和 𝜋 的自旋波。
- 多值数据表示 ：结合波的振幅和相位，单个自旋波可实现多值信息表示。例如，使用振幅和相位在单个波中实现压缩四元数据表示（2 位）。

与传统基于电荷的数字计算系统仅能利用电荷的有无进行一维二进制信息表示不同，自旋波的多种特性为数据表示提供了更多可能性。

1.2 自旋波的计算优势

通过利用编码数据的自旋波之间的相互作用，如波的干涉和叠加，可以实现任何所需的逻辑功能。自旋波在结点处干涉会导致该点磁化强度的变化，净磁化强度变化由该点相互作用的自旋波的线性叠加给出。当波同相时，局部磁化强度变化的幅度增强；当它们相消干涉（彼此异相）时，幅度减小到最小。这种磁化强度的变化编码了计算结果，并产生一个新的波。这种计算范式利用了波现象在结点处的固有特性，本质上不需要有源器件来执行计算（无器件计算）。

此外，自旋波在计算结点之间的传播允许信息从一个物理位置传输到另一个物理位置。自旋波可以在室温下相干地传播很长距离，这比其他基于自旋的信息传输方法（如使用自旋极化电流）要大得多，使得自旋波非常适合用于逻辑实现。而且，自旋波传播不涉及任何电荷粒子的传输，因此使用这种物理现象的计