一种基于集成电路的概率计算机，该计算机使用电压控制的磁隧道结作为其熵源

《Nature Electronics》：An integrated-circuit-based probabilistic computer that uses voltage-controlled magnetic tunnel junctions as its entropy source

该研究提出了一种基于130nm工艺的专用集成电路概率计算系统，利用电压控制磁隧道结同步生成随机比特作为熵源，无需DAC电路，实现了包含1143个概率比特的Ising机器可逆逻辑门，成功应用于整数因子化等计算难题的解决。

　　

摘要

概率伊辛机（Probabilistic Ising machines）可以比冯·诺伊曼计算机上的确定性算法更高效地解决计算难度较高的问题。随机磁隧道结（Stochastic magnetic tunnel junctions）是这类伊辛机的潜在熵源。然而，要将基于随机磁隧道结的概率伊辛机进行扩展，需要精细控制微小的磁能障碍，并在大量设备中复制占用面积较大的数模转换器元件。这些机器中的非自旋电子组件通常也是使用通用处理器或现场可编程门阵列（Field-programmable gate arrays）制造的。在这里，我们介绍了一种基于特定应用集成电路（Application-specific integrated circuit）的概率计算机，该集成电路采用130纳米工艺的互补金属氧化物半导体（Complementary metal–oxide–semiconductor）技术制造，并使用电压控制磁隧道结作为其熵源。通过该系统，我们实现了整数分解这一典型的难题优化任务，所使用的可逆逻辑门由1,143个概率比特（Probabilistic bits）构成。该特定应用集成电路从相邻的电压控制磁隧道结芯片读取随机比特序列。在没有电压的情况下，这些磁隧道结具有热稳定性，并能利用电压控制磁各向异性效应同步生成随机比特，而无需使用数模转换器元件。