Στο μέλλον, οι υπολογιστές θα μπορούν να επεξεργάζονται πληροφορίες χρησιμοποιώντας μόρια

Οι απαιτήσεις σε υπολογιστή αυξάνονται μεκάθε μέρα. Είναι προφανές ότι οι σημερινές τεχνολογίες αργά ή γρήγορα θα φτάσουν στο όριο των δυνατοτήτων τους. Με άλλα λόγια, η αύξηση της απόδοσης των επεξεργαστών ημιαγωγών δεν θα λειτουργεί πλέον. Ως εκ τούτου, χρειάζονται νέες τεχνολογίες που θα παρέχουν υψηλότερο επίπεδο απόδοσης, καθώς και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, δυνατότητα αποθήκευσης μεγάλου όγκου πληροφοριών. Πρόσφατα, μια από αυτές τις τεχνολογίες παρουσιάστηκε από μια ομάδα επιστημόνων από τη Ρωσία και την Ιταλία. Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανιχνεύσουν τη μετάβαση μιας ένωσης σιδήρου μεταξύ δύο διαφορετικών καταστάσεων σπιν. Η παρουσία αυτών των δύο καταστάσεων και η δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ τους την κατάλληλη στιγμή σάς επιτρέπει να μεταδώσετε ένα λογικό σήμα. Ίσως, στο μέλλον, οι μονάδες δίσκου και οι επεξεργαστές να βασίζονται σε αυτήν την τεχνολογία.

Η Spinktronics θα μπορούσε να προσφέρει στους υπολογιστές του μέλλοντος ένα νέο επίπεδο απόδοσης

Βασικά νέοι επεξεργαστές που θα αντικαταστήσουν τους ημιαγωγούς

Σε σύγχρονους επεξεργαστές ημιαγωγώνη μετάδοση δεδομένων και οι λογικές λειτουργίες πραγματοποιούνται λόγω της κίνησης των ηλεκτρονίων. Σύμφωνα με τους ειδικούς, οι δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας έχουν ήδη πρακτικά εξαντληθεί. Δηλαδή, γίνεται όλο και πιο δύσκολο να βελτιωθεί η παραγωγικότητα. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών είναι πλέον ιδιαίτερα σημαντική.

Spinktronics, δηλαδή μια τεχνολογία που βασίζεται σεΗ μεταφορά δεδομένων λόγω της αλληλεπίδρασης των μαγνητικών ροπών ή των σπιν ηλεκτρονίων, σύμφωνα με τους ειδικούς, είναι πολλά υποσχόμενη. Η ίδια η ιδιότητα όπως το "spin" (μεταφρασμένο σημαίνει περιστροφή) ανακαλύφθηκε το 1924. Spin ονομάζεται η σωστή γωνιακή ορμή των στοιχειωδών σωματιδίων. Αλλά δεν θα μπούμε σε λεπτομέρειες, αφού μας ενδιαφέρει το ίδιο το γεγονός ότι ένα μόριο έχει δύο καταστάσεις, και όχι η αρχή με την οποία συμβαίνει αυτό.

Η παρουσία δύο καταστάσεων σπιν ενός ηλεκτρονίου καθιστά δυνατή τη χρήση αυτής της ιδιότητας για τη δημιουργία μιας νέας γενιάς επεξεργαστών

Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, για τη σπιντρονικήΔεν είναι όλα τα υλικά κατάλληλα. Μία από τις κύριες απαιτήσεις, η ουσία πρέπει να έχει την ικανότητα να μαγνητίζεται. Επιπλέον, για να αποθηκεύονται πληροφορίες σε δυαδική μορφή, τα μόρια πρέπει να υπάρχουν σε δύο σταθερές καταστάσεις. Η ίδια απαίτηση απαιτείται για λογικές πράξεις. Είναι αλήθεια ότι αυτό ισχύει για υπολογιστές που λειτουργούν σε δυαδικό σύστημα. Επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω ότι οι κβαντικοί υπολογιστές που λειτουργούν με qubits είναι επίσης στο δρόμο, αλλά αυτό είναι ένα άλλο θέμα που καλύψαμε νωρίτερα.

Οι επιστήμονες για έρευνα πήραν ένα πολυμερέςένα μόριο που περιέχει δύο ιόντα σιδήρου. Κάθε ένα από τα ιόντα υπάρχει σε δύο καταστάσεις - χαμηλής περιστροφής και υψηλής περιστροφής. Επιπλέον, μπορούν να μετακινηθούν από τη μια κατάσταση στην άλλη ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Δηλαδή, ένα άτομο μπορεί να βρίσκεται σε κατάσταση χαμηλής περιστροφής και ένα άλλο σε κατάσταση υψηλής σπιν. Η μετάβαση από τη μια κατάσταση στην άλλη πραγματοποιείται σχεδόν αμέσως, δηλαδή διαρκεί μικροδευτερόλεπτα.

Spinktronics - προοπτικές και προβλήματα δημιουργίας νέων επεξεργαστών

Όπως σημειώνουν οι συντάκτες της μελέτης, το κύριοΗ πολυπλοκότητα της τεχνολογίας έγκειται στο γεγονός ότι η μετάβαση από τη μια κατάσταση στην άλλη είναι δύσκολο να ανιχνευθεί, καθώς τα μόρια είναι συμμετρικά. Για να ανιχνεύσουν τη μετάβαση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνολογία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Σας επιτρέπει να καταγράψετε την αλληλεπίδραση των πυρηνικών μαγνητικών ροπών με τις ροπές των ηλεκτρονίων. Έτσι, για πρώτη φορά, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανιχνεύσουν μια μετάβαση από μια κατάσταση υψηλής περιστροφής σε μια κατάσταση χαμηλής περιστροφής και αντίστροφα. Οι λεπτομέρειες αυτής της μελέτης δημοσιεύτηκαν από τους συγγραφείς της μελέτης στο περιοδικό Angewandte Chemie.

τρισδιάστατη εικόνα του σχηματισμού μιας σταθερής κατάστασης σπιν ενός ηλεκτρονίου (σπιν σπιράλ)

Η ανακάλυψη που έκαναν οι επιστήμονες μπορεί να το επιτρέψειγια τη δημιουργία συσκευών για εξαιρετικά πυκνή αποθήκευση δεδομένων, οι οποίες υπερβαίνουν σημαντικά τους υπάρχοντες τύπους μέσων όσον αφορά την ποσότητα των δεδομένων που μπορούν να αποθηκευτούν σε αυτά. Τέτοιες συσκευές ονομάζονται συνήθως μοριακά κυτταρικά αυτόματα.

Επίσης, με βάση αυτή την τεχνολογία, μπορείτε να δημιουργήσετεμια εναλλακτική λύση για τους ημιαγωγούς για την επεξεργασία πληροφοριών, δηλαδή τους νέους επεξεργαστές Η κύρια διαφορά τους από τους ημιαγωγούς είναι ότι το σήμα δεν μεταδίδεται από ένα ρεύμα ηλεκτρονίων, αλλά με εναλλαγή μορίων που είναι διατεταγμένα σε μια αλυσίδα και σχηματίζοντας κύτταρα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα μοριακά κυτταρικά αυτόματα θα έχουν χαμηλότερη κατανάλωση θερμότητας και ενέργειας από τις τρέχουσες λύσεις. Αλλά το πιο σημαντικό, θα έχουν πολύ υψηλότερη απόδοση.

Εγγραφείτε στο κανάλι μας Yandex.Zen, όπου έχουμε ετοιμάσει ακόμα πιο ενδιαφέρουσες πληροφορίες για εσάς

Τέλος, σημειώνω ότι οι επιστήμονες προτείνουν και άλλουςτεχνολογίες που θα αυξήσουν την απόδοση των επεξεργαστών. Για παράδειγμα, η αντικατάσταση των τρανζίστορ πυριτίου με ανάλογα που κατασκευάζονται με βάση νανοσωλήνες άνθρακα θα δώσει χίλιες φορές αύξηση στην απόδοση, την ίδια στιγμή, η κατανάλωση ενέργειας θα μειωθεί, όπως είπαμε νωρίτερα.