Учёные из московского Физтеха и Московского университета нашли способ создать новый тип сверхпроводящей памяти, которая работает в сотни раз быстрее, чем существующие 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», – заявил Александр Голубов из МФТИ в Долгопрудном.
Голубов и его коллеги предлагают делать элементарные ячейки памяти на основе квантовых эффектов в так называемых переходах Джозефсона – «сэндвичах» из двух кусочков сверхпроводника и диэлектрика, чьё существование было предсказано в 1960-х гг. британским физиком Брайаном Джозефсоном.
В зависимости от силы магнитного поля, окружающего такой «сэндвич», электроны могут «перепрыгивать» из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик. Данный эффект учёные применяют для создания сверхчувствительных датчиков магнитного поля, а также экспериментальных вычислительных устройств и запоминающих устройств, в том числе и памяти для будущих квантовых компьютеров.
Как отмечает Голубов, традиционно для «записи» информации в ячейки памяти на базе переходов Джозефсона применяются магнитные поля.
В элементах памяти на их основе информация кодируется в направлении вектора магнитного поля в ферромагнетике. Но у таких схем есть два принципиальных недостатка: во-первых, невысокая плотность «упаковки» ячеек памяти – на плату нужно наносить дополнительные цепи для их подпитки при считывании или записи информации, во-вторых, вектор намагниченности нельзя менять быстро, что ограничивает скорость записи.
Для переключения битов из 0 в 1 и обратно российские учёные предлагают использовать инъекционные токи, протекающие через один из слоёв сверхпроводника. Таким образом, считывать состояния можно будет с помощью тока, который проходит через всю структуру. Подобные 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», – заключает Голубов.
Комментарии