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 Ученые обнаружили, что дубы выработали эффективную стратегию, позволяющую им защищаться от пожирающих молодую листву гусениц — если предыдущий весной деревья сильно пострадали от их нашествия, то на следующий год почки распустятся на три дня позже. Трехдневной задержки достаточно, чтобы резко снизить выживаемость гусениц.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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