211service.com
Atominės atminties matavimas nano tikslumu
Įvykiai, vykstantys atomų viduje, vyksta tokiu greičiu, kuris paprastai yra per greitas, kad būtų galima užfiksuoti. Dabar tyrinėtojai IBM ’s Almadeno tyrimų centras sukūrė techniką, kuri leidžia jiems stebėti šį atominį veiksmą su precedento neturinčia raiška.
Atminties mašina: IBM tyrėjas Sebastianas Lothas valdo skenuojantį tunelinį mikroskopą, kurį naudojo jo komanda, kad išmatuotų, kiek laiko vienas atomas gali saugoti informaciją.
Tyrėjai naudojo šią techniką, kad pakeistų atomo sukimosi, pagrindinės kvantinės savybės, orientaciją, o tada išmatuotų, kiek laiko atomas atsiminė šią būseną prieš grįždamas į savo natūralų sukimosi būseną. Tai pirmasis žingsnis kuriant tam tikrą kompiuterio atmintį, kuri veiktų atominiu mastu, o šią techniką taip pat galėtų naudoti medžiagų mokslininkai, atlikdami pagrindinius tyrimus, būtinus norint sukurti efektyvesnes organines saulės medžiagas.
Atomo sukimosi būsenos įtaka ir matavimas yra vienas iš būdų sukurti kvantinį bitą arba kubitą, kuris vienu metu gali būti ir 1, ir 0 kvantiniame kompiuteryje. Galima atlikti statinį atomo sukimosi matavimą, tačiau iki šiol nebuvo įmanoma stebėti, kaip atomo sukimasis keičiasi laikui bėgant.
Mokslininkai, vadovaujami Dono Eiglerio ir Andreaso Heinricho iš IBM laboratorijos San Chosė, Kalifornijoje, galėjo stebėti, kaip atomai sukasi arba atsipalaiduoja laikui bėgant, naudodami modifikuotą skenuojantį tunelinį mikroskopą arba STM – instrumentą, kurį IBM mokslininkai išrado 1981 m. atomo būsenos vaizdai kas penkias nanosekundes – milijoną kartų greičiau nei anksčiau.
IBM mokslininkai nustatė, kad vienas geležies atomas gali saugoti magnetinę informaciją sukimosi pavidalu maždaug vieną nanosekundę. Tačiau kai geležies atomas yra šalia vario atomo, jo kvantinė atmintis pailgėja, todėl sukimuisi atsipalaiduoti reikia maždaug 200 nanosekundžių. Rezultatai buvo paskelbti praėjusią savaitę žurnale Mokslas .
Informacija suyra per 200 nanosekundžių, tačiau tai yra daug laiko, sako tyrimo grupės narys Sebastianas Lothas. Dabartiniai procesoriai per tą laiką atlieka kelis šimtus skaičiavimo ciklų.
Kai STM galas yra labai arti paviršiaus, elektros srovė gali tekėti tarp paviršiuje esančių atomų ir jo galo. Judėdamas per paviršių, mikroskopas gali sukurti jo vaizdą. O analizuojant srovės srautą galima sužinoti apie atomo magnetinę būseną, įskaitant jo sukimąsi.
Siekdami pagerinti STM laiko skiriamąją gebą, mokslininkai antgalį modifikavo taip, kad jis ne tik matuotų elektros srovę, bet ir ją tiektų. Jie tiekė srovę atomui, o po tam tikro laiko išmatavo jo būseną. Kiekvienam tokiam laikotarpiui jie atliko 100 000 matavimų. Jie keitė laiką tarp impulsų ir matavimų, kartodami procesą vėl ir vėl. Kiekvieno matavimo vaizdai buvo sujungti kaip vaizdo įrašo kadrai. Sujungę šiuos kadrus, mokslininkai sukūrė judantį atomo sukimosi būsenos vaizdą, kurio kadras buvo paimtas kas penkias nanosekundes.
Lothas sako, kad IBM mokslininkai tikisi naudoti greitą STM techniką dviem pagrindinėms tyrimų sritims. Pirma, jie ir toliau jį naudos, kad nustatytų, ar skirtingi atomų deriniai gali ilgiau saugoti kvantinę informaciją. Antra, naudojant fotonų srautą, o ne elektronų srautą kaip impulso signalą, sako Lothas, mokslininkai tikisi geriau suprasti, kaip kai kurios organinės molekulės paverčia šviesą elektros energija. Tai gali lemti geresnius saulės elementus.
Tokios sistemos, kaip IBM, skirtos atominiams sukimams apversti ir matuoti, gali būti ateities kvantinio kompiuterio dalis, sakoma Alanas Aspuru-Guzikas , Harvardo universiteto chemijos ir cheminės biologijos profesorius. Atomų sukimosi keitimas ir matavimas bei galimybė numatyti, kaip atomai elgsis, yra svarbus žingsnis siekiant šio tikslo, sako jis. Dauguma iki šiol pagamintų prietaisų, anot jo, labiau primena kvantinius žaislus, o ne kompiuterius. Tačiau sritis stabiliai juda į priekį, sako jis. Kiekvieną savaitę kas nors demonstruoja, kad manipuliuoja kubitu šiek tiek geriau.