Un vârtej magnetic minuscul ar putea duce la o memorie ultra-eficientă
Cercetătorii au demonstrat un bit de memorie superconductor care funcționează consumând doar de aproximativ cinci ori limita Landauer, cantitatea minimă teoretică de energie necesară pentru ștergerea unui bit de informație. Rezultatele, publicate în Nature Communications, arată că este posibil să te apropii de limita fundamentală impusă de legile fizicii.
De fiecare dată când un computer stochează sau șterge informație, consumă energie. Cantitatea este minusculă pentru o singură operație, dar aceste operații au loc de miliarde de ori pe secundă. Timp de decenii, oamenii de știință s-au întrebat cât de puțină energie ar putea folosi un dispozitiv de memorie înainte de a atinge limita teoretică stabilită de legile fizicii.
În loc să folosească componente electronice convenționale, cercetătorii au stocat informația într-un vortex superconductor, un mic vârtej magnetic care se formează în interiorul anumitor materiale atunci când acestea sunt răcite la temperaturi extrem de scăzute. Echipa a capturat un singur vortex între două poziții stabile. Asemenea zerourilor și unu-urilor folosite în orice computer digital, aceste două poziții au reprezentat un singur bit de informație.
„Lucrarea noastră măsoară energia necesară pentru operarea unui bit de memorie bazat pe vortexuri superconductoare”, a declarat dr. Yonathan Anahory, cercetător la Universitatea Ebraică din Ierusalim, care a condus studiul împreună cu Nofar Fridman. „Am descoperit că poate funcționa la aproximativ cinci ori limita Landauer, apropiindu-se remarcabil de minimul permis de fizică.”
Pentru a pune acest număr în perspectivă, un computer modern necesită de obicei de peste un milion de ori mai multă energie pentru a efectua aceeași operație.
Măsurarea unei cantități atât de mici de energie nu a fost o sarcină ușoară. În loc să încerce să detecteze creșterea de temperatură cauzată de căldura minusculă eliberată de vortexul în mișcare, cercetătorii i-au urmărit răspunsul magnetic folosind un microscope ultrasensibil de tip SQUID-on-tip.
„Un vortex este un obiect excepțional de mic și delicat, așa că măsurarea energiei disipate prin mișcarea sa reprezintă o provocare experimentală majoră”, a spus Fridman. „Urmărind răspunsul său magnetic, am putut compara costul său energetic cu limitele fundamentale ale procesării informației.”
Cercetătorii subliniază că dispozitivul este încă experimental. Funcționează doar la aproximativ 4 Kelvin (minus 269 grade Celsius), ceea ce îl face nepotrivit pentru computerele de zi cu zi. Totuși, calculatoarele cuantice funcționează deja la temperaturi criogenice similare. În viitor, dispozitive ca acesta ar putea oferi o modalitate eficientă din punct de vedere energetic de a stoca informație clasică în interiorul acestor sisteme.
Deși alte sisteme fizice s-au apropiat anterior de limita Landauer, cercetătorii spun că aceasta este prima demonstrație a unui consum atât de scăzut de energie folosind un singur vortex superconductor. Lucrarea oferă o dovadă de principiu că vortexurile superconductoare pot servi drept elemente de memorie cu energie ultra-scăzută. Sunt necesare mai multe cercetări înainte ca tehnologia să poată fi extinsă în dispozitive de memorie practice pentru calculul criogenic și cuantic.
