Вольфганг Пород и Крейг Лент из американского университета Нотр-Дам, Франция, опубликовали исследование, детально показывающее возможность построения вычислительных систем без транзисторов — на основе намагниченных квантовых точек.
Ранее мы рассказывали о ряде экзотических заменителей традиционных вычислительных схем: о белковых микропроцессорах, наножидкостном транзисторе и логических схемах на основе кислот. Теперь же учёные решили приспособить для вычислений наномагниты.
Рис. 1. Вольфганг Пород
Первоначально идея чипов на квантовых точках, или, как их еще называют, "клеточных автоматов на квантовых точках" (Quantum-Dot Cellular Automata — QCA, мы подробно писали об этом в специальной статье) заключалась в следующем: нанометровые кристаллы (так называемые квантовые точки) при помощи методов, сходных с технологией изготовления микросхем, выстраиваются на поверхности в виде групп ячеек. В каждой из них может быть "пойман" в ловушку единственный электрон. Взаимодействие соседних ячеек можно организовать так, чтобы получилась логическая схема.
QCA позволили бы увеличить плотность размещения элементов на чипах в сотни тысяч раз. В недалеком будущем использование QCA устройств может привести к созданию чипов с 1 триллионом транзисторов, в то время как самые сложные современные чипы могут похвастаться только 6 миллионами. Также тот факт, что по чипу не будет протекать электрический ток, как в современных электронных устройствах, позволит отказаться от систем охлаждения процесоров и чипов, использующихся сегодня.
Теперь Пород и Лент изобрели новый тип QCA, свободный от этого недостатка. Причём в нём для вычислений используется не перемещение электронов, а исключительно взаимодействие магнитных полей у квантовых точек-магнитов, размещённых на поверхности чипа. Так что проблема охлаждения микропроцессора — исчезает. Потребляемая подобной схемой мощность (на перемагничивание элементов) также снижается многократно.
Рис. 2. а) - ферроцены, основа квантовых ячеек; б) - модель двух стабильных состояний квантовой ячейки
Но, как ни странно, для работы квантовому автомату нужно будет сверхнизкотемпературное окружение, что может значительно ограничить его применение.
Новую вычислительную технику назвали магнитный QCA. Магниты давно используются в некоторых типах компьютерной памяти, но новая работа показывает, что магниты могут составлять логические схемы. Исследователи даже создали отдельные экспериментальные элементы (логические "ворота" — гейты) по этой технологии.
В будущем ученые хотят упростить обмен информацией с квантовым автоматом, используя для этого комбинацию внешних электромагнитных полей. Так, и ввод и вывод информации будет осуществляться дистанционно, что позволит сделать квантовое устройство относительно автономным.
