最近的一項研究透過展示磁子如何進行非線性相互作用，推進了對磁子學的理解，標誌著向更快、更穩定的計算技術邁出了關鍵一步。未來計算的一個願景是利用磁場中的波紋（稱為磁子）作為基本機制。在這種應用中，磁子可與作為電子基礎的電相媲美。

釔合金晶體結構示意圖，左側紅線代表雷射脈衝，右側藍線和綠線代表產生的兩種磁子。圖片來源：由德州大學奧斯汀分校和麻省理工學院研究人員提供

用磁子探索計算的未來

在傳統數位技術中，從筆記型電腦、智慧型手機到電信，這種磁性系統的速度有望遠遠超過當今技術。在量子計算領域，磁性技術的優勢不僅包括更快的速度，還包括更穩定的設備。

最近，《自然-物理》（Nature Physics）雜誌上的一項研究[1]報告了在開發磁子電腦道路上的一個早期發現。研究人員在合金薄板的磁場中產生了兩種不同類型的漣漪，測量結果表明，磁子以非線性方式相互作用。”非線性”是指輸出與輸入不成正比–這是任何計算應用所必需的。

迄今為止，這一領域的大多數研究都是在相對穩定的平衡條件下，一次只研究一種類型的磁子。在這些研究中，對磁子的操縱會使系統失去平衡。

推進非平衡物理學

這是來自多個科學和工程領域的理論家和實驗家多年合作進行的眾多研究之一，包括最近發表在《自然-物理學》上的第二項研究[2]。該計畫得到了政府和私人資助者的支持，匯集了來自加州大學洛杉磯分校、麻省理工學院、德州大學奧斯汀分校和日本東京大學的研究人員。

這項研究的共同作者、加州大學洛杉磯分校學院物理科學教授普林哈-納蘭（Prineha Narang）說：”我們和同事們一起，發起了一場我稱之為推動非平衡態物理學進步的運動。我們在這裡所做的一切從根本上推進了對非平衡和非線性現象的理解。這可能是利用發生在十億分之一秒數量級的超快現象實現計算機內存的一個步驟”。

這些發現背後的一項關鍵技術是使用頻率介於微波和紅外線輻射波長之間的太赫茲範圍的雷射為樣品添加能量並對其進行評估的先進技術。這種方法是從化學和醫學成像中藉鏡過來的，只是很少用於研究磁場。

據加州大學洛杉磯分校加州奈米系統研究所成員Narang 稱，太赫茲雷射的使用表明，它有可能與一項日益成熟的技術產生協同效應。

她說：”太赫茲技術本身已經達到了我們可以談論依賴於它的第二項技術的程度。在我們擁有雷射和探測器的頻段內進行這種非線性控制是有意義的，因為雷射和探測器都可以放在晶片上。現在是真正向前推進的時候了，因為我們既有技術，也有一個有趣的理論框架來研究磁子之間的相互作用。”

揭示磁學中的非線性交互作用

研究人員將雷射脈衝施加到一塊2 毫米厚的板上，這塊板是由精心挑選的含釔合金製成的，釔是LED 和雷達技術中的一種金屬。在某些實驗中，第二台太赫茲雷射以一種協調的方式使用，既增加了能量，又有助於穩定樣品。

磁場以特定的方式施加到釔上，只允許產生兩種類型的磁子。研究人員透過將樣品旋轉到相對於雷射的特定角度，能夠單獨或同時驅動兩種類型的磁子。他們能夠測量這兩種類型之間的相互作用，並發現它們能夠引起非線性反應。

納朗實驗室的加州大學洛杉磯分校博士後研究員喬納森-柯蒂斯（Jonathan Curtis）說：”顯然，展示這種非線性相互作用對於任何基於信號處理的應用都非常重要。像這樣混合信號可以讓我們在不同的磁輸入和輸出之間進行轉換，而這正是依賴磁處理資訊的設備所需要的”。

納朗說，受訓人員對目前的研究以及更大的項目都至關重要：”這是一項非常艱鉅的工作，歷時多年，涉及很多方面。什麼是正確的系統？我們如何考慮進行預測？我們如何限制系統，使其按照我們的意願運作？如果沒有才華橫溢的學生和博士後，我們將無法做到這一點。”

要點歸納：

• 如果電腦使用磁場中的波紋（稱為磁子）來編碼和處理訊息，那麼設備的潛在儲存速度將達到十億分之一秒的數量級。
• 加州大學洛杉磯分校的研究人員及其合作夥伴使兩種不同類型的磁子相互作用，從而使輸出與輸入不成正比——這是向計算技術進步邁出的關鍵一步。
• 這項跨機構的長期研究合作正在利用一種很少使用但前景廣闊的太赫茲雷射技術來研究磁子。

編譯來源：ScitechDaily