Ученые-физики из Калифорнийского университета в Риверсайде совершили важный
прорыв в разработке так называемого "спинового компьютера", который объединяет в
себе логические элементы и энергонезависимую память. Благодаря новой технологии
будущие компьютеры смогут избавиться от обязательной загрузки системы перед
началом работы. Если выключить питание в таком "спиновом" компьютере, то он
полностью сохранит текущее состояние до следующего включения. При этом "спиновый"
компьютер окажется в том же состоянии, в котором вы его оставили на момент
отключения питания.
Как надеются авторы изобретения, первые серийные устройства с комбинированной
логикой и памятью на основе графена могут появиться уже в ближайшие 5 лет.
Мобильные телефоны, компьютеры и другие электронные устройства смогут оставаться
включенными постоянно. Суть изобретения группы из трех студентов-дипломников под
руководством доцента физики и астрономии Роланда Каваками состоит в
том, что ученым удалось внедрить электроны с заданным спином в слой графена,
который сам по себе является изолятором. Напомним, спин – это собственный момент
импульса, сугубо квантовая характеристика частицы, не имеющая отношения к
положению частицы в пространстве.
Свободный электрон, помещенный в слой графена, может храниться там
неограниченное время, сохраняя информацию. Каждый конкретный спин представляет
собой отдельный бит информации. Мало того, ученые обещают возможность
"понижения" и "повышения" спина, что, во-первых, позволяет проводить логические
операции с электронами-битами, и, во-вторых, еще больше увеличивает плотность
информации за счет того, что электроны-биты могут быть не только двоичными, но и
большей разрядности за счет разных значений спина.
Несмотря на поистине волшебные свойства графена как материала, новизна
открытия ученых из Риверсайда заключается не только в этом. В частности, новая
технология Каваками и его коллег обещает устранить такое узкое место в
современной общепринятой архитектуре компьютеров, известное под названием
"Бутылочное горлышко фон Неймана". Дело в том, что для операций с числами в
обычном компьютере процессор должен сначала извлечь число из памяти, обработать,
а затем вернуть результаты обратно в память. При всех этих манипуляциях данные
постоянно циркулируют между процессором и памятью через общую системную шину.
Графеновая архитектура Каваками лишена этого недостатка – хранение и обработка
данных выполняются в одних и тех же ячейках.
Несмотря на многообещающие результаты, графеновым компьютерам все еще далеко
до серийного производства. Нынешние методы работы с графеном как носителем
памяти и логических элементов, требует серьезных затрат энергии – гораздо
больше, чем у привычных микросхем памяти DRAM или SRAM. В то же время, у графена
есть все шансы стать основой компьютеров будущего также, как кремний является
основой современных компьютеров с архитектурой фон Неймана.
