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Energy-efficient superparamagnetic Ising machine and its application to traveling salesman problems

伊辛模型 可扩展性 计算机科学 旅行商问题 随机性 能源消耗 算法 数学 统计物理学 物理 工程类 统计 数据库 电气工程
作者
Jia Si,Shuhan Yang,Yunuo Cen,Jiaer Chen,Yinde Huang,Zhaoyang Yao,Dong-Jun Kim,Kang Cai,Jerald Yoo,Xuanyao Fong,Hyunsoo Yang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47818-z
摘要

Abstract The growth of artificial intelligence leads to a computational burden in solving non-deterministic polynomial-time (NP)-hard problems. The Ising computer, which aims to solve NP-hard problems faces challenges such as high power consumption and limited scalability. Here, we experimentally present an Ising annealing computer based on 80 superparamagnetic tunnel junctions (SMTJs) with all-to-all connections, which solves a 70-city traveling salesman problem (TSP, 4761-node Ising problem). By taking advantage of the intrinsic randomness of SMTJs, implementing global annealing scheme, and using efficient algorithm, our SMTJ-based Ising annealer outperforms other Ising schemes in terms of power consumption and energy efficiency. Additionally, our approach provides a promising way to solve complex problems with limited hardware resources. Moreover, we propose a cross-bar array architecture for scalable integration using conventional magnetic random-access memories. Our results demonstrate that the SMTJ-based Ising computer with high energy efficiency, speed, and scalability is a strong candidate for future unconventional computing schemes.

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