Küçük bir manyetik girdap yeni bir tür ultra verimli belleğe işaret edebilir

Bir bilgisayar bilgiyi her depoladığında veya sildiğinde enerji kullanır. Bu miktar tek bir işlem için çok küçüktür, ancak bu işlemler her saniye milyarlarca kez gerçekleşir. Onlarca yıldır bilim insanları, bir hafıza cihazının fizik yasalarının belirlediği temel teorik sınıra ulaşmadan önce ne kadar az enerji kullanabileceğini merak ediyorlardı. Artık araştırmacılar buna yaklaşmanın mümkün olduğunu gösterdi.

Yayınlandığı yer Doğa İletişimiÇalışma, bir bit bilgiyi silmek için gereken teorik minimum enerji miktarı olan Landauer sınırının yalnızca beş katını kullanarak çalışan süper iletken bir bellek bitini göstermektedir.

Araştırmacılar, geleneksel elektronik bileşenleri kullanmak yerine, bilgileri, aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduklarında belirli malzemelerin içinde oluşan küçük bir manyetik girdap olan süper iletken bir girdapta depoladılar.

Ekip, iki sabit konum arasında tek bir girdap yakaladı. Her dijital bilgisayarda kullanılan sıfırlar ve birler gibi, bu iki konum da tek bir bit bilgiyi temsil ediyordu.

Çalışmayı Nofar Fridman’la birlikte yöneten İbrani Üniversitesi araştırmacısı Dr. Yonathan Anahory, “Çalışmamız, süper iletken bir girdap tabanlı hafıza bitini çalıştırmak için gereken enerjiyi ölçüyor” dedi. “Landauer sınırının yaklaşık beş katı hızda çalışabildiğini, bu da onu fiziğin izin verdiği minimum değere oldukça yaklaştırdığını bulduk.”

Bu sayıyı bir perspektife oturtmak gerekirse, modern bir bilgisayarın aynı işlemi gerçekleştirmek için genellikle bir milyon kat daha fazla enerjiye ihtiyacı vardır.

Bu kadar küçük miktardaki enerjiyi ölçmek kolay bir iş değildi. Araştırmacılar, hareketli girdap tarafından salınan anlık ısının neden olduğu sıcaklık artışını tespit etmeye çalışmak yerine, ultra duyarlı bir SQUID uçlu mikroskop kullanarak manyetik tepkisini izlediler.

Fridman, “Girdap son derece küçük ve hassas bir nesnedir, bu nedenle hareketi tarafından harcanan enerjiyi ölçmek büyük bir deneysel zorluktur” dedi. “Manyetik tepkisini takip ederek enerji maliyetini bilgi işlemenin temel sınırlarıyla karşılaştırabildik.”

Araştırmacılar cihazın henüz deneysel olduğunu vurguluyor. Yalnızca 4 Kelvin (eksi 269 santigrat derece, -452°F) civarında çalıştığından günlük bilgisayarlar için uygun değildir.

Ancak kuantum bilgisayarlar zaten benzer kriyojenik sıcaklıklarda çalışıyor. Gelecekte bunun gibi cihazlar, klasik bilgilerin bu sistemler içinde saklanması için enerji açısından verimli bir yol sağlayabilir.

Diğer fiziksel sistemler daha önce Landauer sınırına yaklaşmış olsa da araştırmacılar bunun, tek bir süperiletken girdap kullanılarak bu kadar düşük enerji tüketiminin ilk gösterimi olduğunu söylüyor.

Çalışma, süperiletken girdapların ultra düşük enerjili hafıza elemanları olarak hizmet edebileceğine dair bir prensip kanıtı sağlıyor. Teknolojinin kriyojenik ve kuantum bilişim için pratik hafıza cihazlarına ölçeklendirilmesinden önce daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacak.