IBM udowodniła możliwość przechowywania informacji w jednym atomie

Podstawowe elementy komputerów stają się tak małe, że stopniowo do czynienia z ciśnieniem granic znanego świata fizyki newtona. I nigdzie skala i dokładność operacji nie pokazuje lepiej niż na dyskach twardych, gdzie trylion bitów może zmieścić się w cal kwadratowy. IBM udało się pokonać ten skrypt: naukowcy nauczyli się zapisywać i odczytywać dane w jednym atomie.

Na Razie to osiągnięcie może być bardziej symboliczne niż praktyczne, ale nawet prosta demonstracja przykład pracy atomowego hurtowni danych może wydawać się praktycznie fantastyką naukową.

Może cię to zaskoczy, ale atomy to najmniejsza jednostka materii, z której możemy bezpiecznie manipulować i liczyć na to, że będzie ruszana. Odbywają się ciekawe eksperymenty z plątaniem фотоном, ale są one dość zwinny, nawet za dużo. Podczas gdy my wciąż staramy się trzymać rzeczy, które nie mągą uciec w mgnieniu oka, jeśli ослабите uścisk na sekundę. Poprzednia technika атомарного przechowywania w rzeczywistości nie przechowuje dane w atomie, a przenosi je z wykształceniem czytelne wzory (też ciekawe, nawiasem mówiąc).

To znaczy, że określenie poszczególnych atomów wartości 0 i 1, będzie kolejnym krokiem do przodu i do następnej barierą w dziedzinie przechowywania danych w postaci cyfrowej, co pozwoli znacznie zwiększyć pojemność pamięci masowej, i zaprezentuje zupełnie nowe zadanie dla inżynierów i fizyków. Eksperyment IBM, opublikowane niedawno w "Nature", prowadzi obecnie atomowej magazynie od teorii do rzeczywistości.

Działa to tak: pojedynczy atom гольмия (duże, z dużą ilością elektronów bez pary) montuje się w warstwie tlenku magnezu. W tej konfiguracji atom ma tzw. magnetyczną бистабильность: ma dwa magnetycznych stabilnych stanu z różnymi plecami (po prostu zapamiętaj ten).

Naukowcy wykorzystują moduł skanujący mikroskop tunelowy (również wymyślony przez IBM w 1980 roku), aby dołożyć około 150 mv na 10 mikroamperów do atomu — może się wydawać, że to nie jest dużo, ale na taką skalę to jak uderzenie pioruna. Ten ogromny przepływ elektronów powoduje, że atom гольмия zmieniać swoje magnetyczne spin stan. Ponieważ dwa stany mają różne profile przewodzenia, końcówka skaningowego mikroskopu tunelowego może określić, w jakim stanie znajduje się atom, dając niższe napięcie (około 75 mv) i czując jego opór.

Aby być absolutnie pewnym, że atom zmienia swoje magnetyczne stan i to nie jest wynikiem interferencji lub oddziaływania elektrycznego burzy STM, naukowcy odkryli obok niego atom żelaza. Ten atom znajduje się pod wpływem jego magnetycznej okolicy i reaguje nie tak, jak atom гольмия w różnych stanach. To dowodzi, że eksperyment naprawdę tworzy niezawodne, zapisane magnetyczne stan w pojedynczym atomie, który można określić pośrednio.

I oto co robimy dalej: pojedynczy atom jest używany do przechowywania znanych nam zer i jedynek, 0 i 1. Eksperymentatorów zrobili pary atomów, tworząc cztery opcje kombinacji (00, 01, 10, 11), które można utworzyć z tego węzła.

"Aby wykazać niezależne odczyt i zapis, zbudowaliśmy atomową strukturę z dwóch bitów гольмия, w której nagraliśmy cztery możliwe stany i które uważaliśmy jak магниторезистивно, jak i zdalnie za pomocą elektronicznego spin rezonansu. Duża magnetyczna stabilność w połączeniu z elektrycznym odczytem i zapisem pokazuje, że magnetyczna pamięć z jednego atomu jest całkiem możliwe".

Chris Lutz, badacz nanotechnologii w laboratorium IBM w Алмадене, jeden z autorów pracy, powiedział, co sprawiło, że atom ostatecznie stracić swój spin.

"Ponieważ atomy są ogrzewane, spodziewamy się, że zaczną spontanicznie się przewrócić. Ponieważ energia cieplna stanowi znaczną część barierą między stanami. W praktyce przy tworzeniu pamięci należy zwiększyć tę barierę poprzez wykorzystanie kilku powiązanych atomów lub innowacyjnych metod pracy z poszczególnymi atomami".

Jeśli jest to trochę osłabi twój entuzjazm — że planują pracować z cząsteczek, a nie z poszczególnymi atomami — nie martw się. Jeden z eksperymentów 2016 roku, w którym został przekroczony terabitów na cal kwadratowy, użył magnetyczne granulki o średnicy zaledwie 5 nanometrów. Atom гольмия średnicy około 200 пикометров; można było zapłacić 25 takich od jednego końca granulki do innego — gdyby atomu były "końce". Podwojenie pierwotnej objętości nie mocno odbije się na możliwościach przechowywania — a tam i inne opcje są odpowiednie.

"planujemy badać atomy innych pierwiastków, skupiska atomów i małe molekuły jako możliwych magnetycznych bitów", pisze Lutz.

Minie dużo czasu, zanim będzie można użyć jeden z tych na swoim laptopie. Podczas gdy obszar ten jest nierozerwalnie związana z laboratorium, сверхнизкими temperatury i сверхточными przyrządami. Czy tam, na dole, jest jeszcze miejsce?