Российские ученые разработали сверхбыстрые ячейки памяти нового типа


Московский физико-технический институт

Группа ученых из МФТИ и МГУ разработала на основе сверхпроводников ячейки памяти нового типа, способные работать в сотни раз быстрее, чем распространенные сегодня типы запоминающих устройств, передает ТАСС. Результаты исследования были опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

"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", - приводит пресс-служба МФТИ слова одного из авторов исследования, руководителя лаборатории квантовых топологических явлений в сверхпроводниках Александра Голубова.

Российские ученые предлагают создавать элементарные ячейки памяти на основе квантовых эффектов в так называемых "сэндвичах" сверхпроводник-диэлектрик-сверхпроводник. Такие соединения сверхпроводников называются контактами Джозефсона и электроны в них могут туннелировать из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик подобно мячикам, пролетающим сквозь дырявую стену.

В настоящее время контакты Джозефсона используются как в квантовых устройствах, так и в классических. Например, квантовый компьютер D-wave построен на базе сверхпроводящих кубитов.

Наибольший практический интерес сейчас представляют джозефсоновские контакты с использованием ферромагнетиков в качестве прослойки "сэндвича". В элементах памяти на их основе информация кодируется в направлении вектора магнитного поля в ферромагнетике. Однако такие схемы имеют два принципиальных недостатка. Во-первых, это невысокая плотность "упаковки" элементов памяти (на плату еще нужно наносить дополнительные цепи для подпитки ячеек), а во-вторых, ограниченная скорость записи.

Физики из МГУ и МФТИ взялись решить эти проблемы и предложили кодировать данные в ячейках не в намагниченности, а в величине тока сверхпроводимости. В ходе работы ученые обнаружили, что при определенных размерах "сэндвича" эта величина 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 ученые предлагают использовать токи, протекающие через один из слоев сверхпроводника. Считывать же состояние предлагается с помощью тока, который проходит через всю структуру. Эти операции требуют в сотни раз меньше времени, чем измерения намагниченности или перемагничивания ферромагнетика.

"Кроме того, для нашей схемы требуется только один слой ферромагнетика, что позволяет адаптировать ее 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", - отметил Голубов.

facebook
LJ

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ