Qu'est-ce que le feu vole, Les horloges murales de Huygens, et même le cœur des choristes, avoir en commun? Ils peuvent tous synchroniser leurs signaux individuels respectifs en une seule tonalité ou rythme à l'unisson.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Göteborg ont enseigné à deux classes émergentes différentes d'oscillateurs de signaux micro-ondes nanoscopiques, qui peuvent être utilisés comme futurs neurones spintroniques, chanter à l'unisson avec leurs voisins.

Plus tôt cette année, ils ont annoncé la première synchronisation réussie de cinq oscillateurs de couple de spin dits nano-contact. Dans ce système, l'un des nano-contacts jouait le rôle du conducteur, décider quelle note chanter, et les autres nano-contacts suivirent joyeusement son exemple. Cet état synchronisé était mieux décrit comme étant entraîné et directionnel, puisque chaque nano-contact de la chaîne n'écoutait que son voisin en amont, ajusté sa propre fréquence conformément, puis appliqué cette fréquence sur le prochain voisin en aval. La force d'interaction est la même entre chaque voisin et la chaîne peut donc être rendue très longue sans qu'aucun oscillateur ne chante faux.

Cette fois-ci, le même groupe de recherche a démontré la synchronisation de jusqu'à neuf nano-oscillateurs à spin Hall basés sur la nano-constriction. Dans ce système, il n'y a pas de conducteur. Au lieu de cela, l'organisation est entièrement plate, chaque oscillateur écoutant maintenant ses deux voisins. En conséquence, la note est décidée de manière démocratique, l'état d'unisson final étant un compromis convenu entre toutes les fréquences individuelles d'origine. L'état synchronisé est donc mieux décrit comme à la fois mutuel et bidirectionnel. Cela signifie que l'information peut maintenant voyager dans les deux sens et qu'une perturbation à n'importe quel endroit le long de la chaîne d'oscillateur peut conduire à un ajustement de la tonalité de l'ensemble du chœur.

En utilisant l'effet Hall de spin, non seulement pour alimenter chaque oscillateur mais aussi pour améliorer le couplage entre les nano-constrictions, les auteurs ont également pu synchroniser deux oscillateurs séparés jusqu'à 4 micromètres.

"Comme les nano-constrictions ne mesurent que 100 nm, cela correspondrait à une lignée de neuf chanteurs, chaque chanteur se tenant à quelque 80 mètres de son plus proche voisin, et toujours tous les chanteurs restant à l'écoute, " dit Ahmad Awad, le premier auteur de l'étude. "La synchronisation est donc très robuste".

Les chercheurs envisagent que les deux types d'oscillateurs peuvent jouer un rôle clé dans les futurs réseaux oscillatoires pour le calcul neuromorphique basé sur les ondes. Par exemple, les entrées et les sorties du réseau nécessitent une directionnalité pour s'assurer que les informations circulent dans la bonne direction et que les sorties ne sont pas perturbées par des interférences potentielles ou d'autres signaux parasites. Cependant, à l'intérieur du réseau, on veut profiter du parallélisme et de la réponse collective de tous les oscillateurs. Cela nécessite donc une bidirectionnalité et une synchronisation mutuelle au sein du réseau lui-même.

Selon le professeur Johan Åkerman, le chercheur principal à l'origine des résultats :"La démonstration des concepts clés de synchronisation à la fois entraînée et mutuelle dans les oscillateurs micro-ondes nanoscopiques n'est vraiment que la première étape. La robustesse de nos résultats nous donne maintenant la liberté de conception pour explorer les réseaux d'oscillateurs de n'importe quel taille en utilisant un large éventail de mises en page différentes uniquement limitées par l'imagination. Ajoutez le potentiel de l'informatique neuromorphique et vous pouvez voir pourquoi nous sommes si excités ! »