Каждое сохранение или стирание информации в компьютере требует энергии. Для одной операции она крошечная, но операции происходят миллиарды раз в секунду. Учёные давно задавались вопросом, сколько минимум энергии может потреблять устройство памяти, прежде чем достигнет фундаментального предела, установленного законами физики. Теперь исследователи показали, что приблизиться к нему возможно. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, демонстрирует сверхпроводящий бит памяти, который работает, используя лишь около пяти раз больше предела Ландауэра — теоретического минимума энергии, необходимого для стирания одного бита информации. Вместо обычных электронных компонентов информация хранилась в сверхпроводящем вихре — крошечном магнитном водовороте, возникающем в некоторых материалах при охлаждении до сверхнизких температур.
Команда зафиксировала один вихрь между двумя стабильными положениями. Как нули и единицы в любом цифровом компьютере, эти два положения представляли один бит информации. «Наша работа измеряет энергию, необходимую для работы сверхпроводящего вихревого бита памяти, — сказал доктор Йонатан Анахори из Еврейского университета, возглавивший исследование вместе с Нофар Фридман. — Мы обнаружили, что он работает примерно на пятикратном пределе Ландауэра, что приближает его к минимуму, разрешённому физикой».
Для сравнения, современный компьютер обычно тратит более чем в миллион раз больше энергии на ту же операцию. Измерить столь малую энергию было непросто: вместо попыток зафиксировать повышение температуры от движения вихря исследователи отслеживали его магнитный отклик с помощью сверхчувствительного SQUID-микроскопа. «Вихрь — исключительно маленький и хрупкий объект, поэтому измерение энергии, рассеиваемой его движением, — серьёзная экспериментальная задача», — отметила Фридман.
Устройство пока экспериментальное: оно работает только при температуре около 4 кельвинов (минус 269 градусов Цельсия), что делает его непригодным для обычных компьютеров. Однако квантовые компьютеры уже работают при подобных криогенных температурах. В будущем такие устройства могли бы обеспечить энергоэффективный способ хранения классической информации внутри этих систем. Исследователи утверждают, что это первая демонстрация столь низкого энергопотребления с использованием одного сверхпроводящего вихря, что служит доказательством принципа для создания ультраэкономичной памяти для криогенных и квантовых вычислений.