Российские физики нашли способ ускорить сверхпроводящую память в сотни раз | Продолжение проекта "Русская Весна"

Российские физики нашли способ ускорить сверхпроводящую память в сотни раз

Группа учёных из лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ и МГУ предложила новый тип ячеек памяти на основе сверхпроводников.

Такая память может работать в сотни раз быстрее, чем распространенные сегодня типы запоминающих устройств. Группа учёных из лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ и МГУ предложила новый тип ячеек памяти на основе сверхпроводников. Такая память может работать в сотни раз быстрее, чем распространенные сегодня типы запоминающих устройств.

«Предложенная нами схема работы ячейки памяти не требует затрат времени на процессы намагничивания и размагничивания. Благодаря этому операции чтения и записи занимают лишь сотни пикосекунд, в зависимости от материалов и геометрии конкретной системы, в то время как традиционные схемы требуют в сотни и даже тысячи раз больше времени», — рассказывает ведущий автор исследования, руководитель лаборатории МФТИ Александр Голубов.

Он и его коллеги предлагают делать элементарные ячейки памяти на основе квантовых эффектов в «сэндвичах» сверхпроводник-диэлектрик (или другой материал) — сверхпроводник. Электроны в таких «сэндвичах» (их называют «контактами Джозефсона») могут туннелировать из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик, как мячики пролетают сквозь дырявую стену.

Сегодня контакты Джозефсона используются и в квантовых устройствах, и в классических. Например, на базе сверхпроводящих кубитов построено квантовое устройство D-wave, способное находить минимумы сложных функции с помощью алгоритма квантового отжига. Как отмечают российские исследователи, сегодня наибольший практический интерес представляют джозефсоновские контакты с использованием ферромагнетиков — в середине «сэндвича».

В элементах памяти на их основе информация кодируется в виде направления вектора магнитного поля в ферромагнетике. Но у таких схем есть два недостатка. Во-первых, невысокая плотность упаковки элементов памяти — на плату нужно наносить дополнительные цепи для подпитки ячеек при считывании или записи информации. Во-вторых, вектор намагниченности нельзя менять быстро, что ограничивает скорость записи.

В чём же состоит отличие предложенной схемы? Российские физики хотят кодировать данные в джозефсоновских ячейках в величине тока сверхпроводимости. Учёные обнаружили, что при определенных продольных и поперечных размерах слоёв система может иметь два минимума энергии, а значит, находиться в одном из двух различных состояний.

Эти два минимума можно использовать для записи данных — нулей и единиц. Для переключения системы из «нуля» в «единицу» и обратно учёные предлагают использовать инъекционные токи, протекающие через один из слоёв сверхпроводника. Считывать же состояние предлагается с помощью тока, который проходит через всю структуру. Эти операции требуют в сотни раз меньше времени, чем измерение намагниченности или перемагничивание ферромагнетика.

«Кроме того, для нашей схемы требуется только один слой ферромагнетика, что позволяет адаптировать её к так называемым одноквантовым логическим схемам, а значит, в создании абсолютно новой архитектуры процессора нет нужды. Компьютер, основанный на одноквантовой логике, может иметь тактовую частоту в сотни гигагерц, при том что его энергопотребление ниже в десятки раз», — отмечает Голубов. Результаты исследования учёных МФТИ и МГУ были опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.

Выбор редакции
Facebook Twitter ВКонтакте Одноклассники ВКонтакте Telegram RSS