Вихри полезные веют над нами

АрхивЧеловек и Общество

Группа ученых из Лос-Аламосской национальной лаборатории США предложила оригинальный способ вычислений, который вместо электрических зарядов или спинов электронов использует для хранения и обработки информации магнитные вихри Абрикосова.

Группа ученых из Лос-Аламосской национальной лаборатории США предложила оригинальный способ вычислений, который вместо электрических зарядов или спинов электронов использует для хранения и обработки информации магнитные вихри Абрикосова. Теоретически подобная система рассеивает меньше тепла и позволяет разместить в одном чипе гораздо больше логических элементов.

В 1957 году советский физик Алексей Абрикосов для объяснения магнитных свойств сверхпроводников второго рода предложил теорию, согласно которой магнитное поле может проникать в такие материалы в виде тончайших вихрей — квантов магнитного потока. Вокруг вихря циркулирует незатухающий сверхпроводящий ток, а в его центре сверхпроводимость отсутствует. Магнитные вихри отталкиваются друг от друга подобно двум одинаково ориентированным магнитам и стараются проникнуть в материал в наиболее тонком месте. Этих свойств квантовых вихрей оказалось достаточно для создания вычислительного устройства.

Чтобы запомнить один бит информации, ученые предложили вытравить в тонком слое сверхпроводника короткую канавку, которая будет удерживать квантовый вихрь. Логический ноль соответствует положению вихря в одном конце канавки, логическая единица — в другом. Чтобы передать один бит информации вдоль чипа, достаточно изготовить ряд параллельных канавок. В таком ряду в соседних канавках вихри будут находиться в противоположных концах из-за взаимного отталкивания. Если изменить положение крайнего вихря, то последовательно переместятся и все остальные. Такой механизм передачи информации ученые назвали «трещоткой».

Авторам удалось продемонстрировать, что, комбинируя форму и расположение канавок, можно создавать логические элементы «И» и «ИЛИ», а на их основе создать вычислительное устройство любой степени сложности. Поскольку лишь небольшая часть электронов в центре вихря находится вне сверхпроводящего состояния и рассеивает энергию, «вихревые вычисления» будут потреблять очень мало энергии.

Специалисты высоко оценили оригинальность идеи авторов, но красивую теорию от работающих экспериментальных устройств отделяют годы напряженной работы.