Создан один из самых энергоэффективных элементов памяти
Ученые МФТИ, МГУ, МИСИС и ВНИИА имени Духова совместно с коллегами из Франции реализовали новый вид ячейки памяти. Проведенные эксперименты и теоретическая модель подтвердили, что джозефсоновский вихрь в переходе «сверхпроводник — нормальный металл — сверхпроводник» можно использовать как носитель информации. Принцип работы, заложенный в устройстве, позволит превзойти имеющиеся разработки по скорости и энергоэффективности.
Результаты опубликованы в журнале Communications Physics. Стремление к скорости и энергоэффективности в области вычислений — это вечный марафон, где каждый финиш открывает новые горизонты. И вот, на этом пути сделан очередной прорыв: ученые представили новую криогенную память, основанную на вихрях Джозефсона.
Для реализации ячейки памяти российские ученые с коллегами из Франции создали структуру, состоящую из двух сверхпроводящих электродов, разделенных слоем нормального металла. При приложении магнитного поля в этой структуре возникают вихри Джозефсона. Идея использования вихрей в качестве носителей информации зародилась из желания создать ячейку памяти, совместимую с новейшими разработками в этой сфере. На данный момент существует целое семейство сверхпроводящих микроволновых устройств, призванное решить проблему с шумами, возникающими при передаче информации квантовому ядру. Классическая система управления кубитами требует нахождения в холодильнике рядом с квантовым процессором.
Экспериментальная реализация криогенной памяти, основанной на вихрях Джозефсона, потребовала создания сверхпроводящей структуры, состоящей из двух сверхпроводящих электродов, разделенных слоем нормального металла. При приложении магнитного поля в этой структуре возникают крошечные вихри электрического тока. Важно отметить, что эти вихри обладают гистерезисом, то есть сохраняют свое состояние после снятия магнитного поля. Это свойство стало ключевым моментом в реализации ячейки памяти.
В такой системе информация кодируется присутствием или отсутствием вихрей Джозефсона. «Сердцем» служит сверхпроводящий переход, соединенный с микроволновым резонатором. Считывание информации происходит путем измерения реакции резонатора на микроволновый сигнал. Этот метод не только не влияет на деликатное состояние вихрей Джозефсона, но и обеспечивает рекордную энергоэффективность.
«Представьте себе коробку со спичками, — говорит Дмитрий Калашников, аспирант кафедры фундаментальной и прикладной физики микро- и наноструктур МФТИ. — Если ее потрясти, вы можете услышать стук спичек, не открывая коробки. Процесс считывания информации из нашей памяти работает по схожему принципу: мы используем микроволновый сигнал малой амплитуды, чтобы “услышать” вихри Джозефсона, не влияя на их состояние».
Чтение информации из криогенной памяти практически не потребляет энергии. Но преимущества не ограничиваются этим: память на вихрях Джозефсона совместима с существующими сверхпроводящими микроволновыми устройствами, что открывает путь к созданию более сложных и производительных систем.
«Эта технология может стать ключом к созданию нового поколения высокопроизводительных компьютеров, — добавляет Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ. — Она обладает потенциалом для значительного повышения скорости и энергоэффективности вычислений».
Потенциал развития этой технологии огромен. Ученые уже работают над увеличением скорости записи, миниатюризацией резонаторов, улучшением считывания информации и созданием памяти, не нуждающейся в постоянном магнитном поле.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. В работе, кроме ученых Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, лаборатории сверхпроводящих метаматериалов МИСиС, ВНИИА имени Духова и НИИ ядерной физики им. Скобельцына, принимали участие их коллеги из Университета Сорбонны (Париж), Института технологий микроэлектроники РАН, Института физики твердого тела РАН и Университета Твенте (Нидерланды).
Telegram 
Дзен 
VK Физтехи разработали стохастический вариант метода Франк—Вульфа для моделирования равновесного распределения транспортных потоков. Особенность нового подхода — использование случайных фрагментов из большого массива данных — ускоряет вычисления, при этом в экспериментах метод показывает качество решения, сопоставимое с классическими алгоритмами.
Исследователи впервые подробно описали молекулярный «якорь», с помощью которого малярийный паразит проникает в клетки крови, и создали белок, блокирующий заражение. Оказалось, структура паразита сложнее и он активно перестраивает мембрану хозяина, чтобы проникнуть внутрь.
Наша планета имеет шансы уцелеть во время превращения Солнца в красного гиганта и избежать полного уничтожения в термоядерном пекле. Финальная судьба Земли определится хрупким балансом между гравитационным притяжением раздувающегося светила и потерей им своей массы, из-за которой хватка звезды ослабнет и позволит планете отодвинуться на более безопасную орбиту.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно