Tiềm năng của công nghệ lưu trữ dữ liệu nguyên tử

Các yếu tố của bộ nhớ từ không hoạt động theo cùng một cách giống với các ổ đĩa cứng ngày nay, và trên lý thuyết, chúng có thể nhỏ hơn nhiều mà không bị mất ổn định. Các mảng lưu trữ dữ liệu được làm từ những nguyên tử này sẽ dày đặc hơn khoảng 100 lần so với bất cứ thứ gì có thể được thực hiện ngày nay. Tuy nhiên, 12 nguyên tử tạo nên mỗi bit phải được sửa chữa lắp ráp bằng cách sử dụng một kính hiển vi đắt tiền và phức tạp, và các bit chỉ có thể chứa dữ liệu trong một vài giờ và ở nhiệt độ thấp gần như bằng không, vì vậy các yếu tố bộ nhớ rất nhỏ sẽ không sớm được tìm thấy trong các thiết bị của người tiêu dùng.

Vì ngành công nghiệp bán dẫn đang nổi lên chống lại các giới hạn của mở rộng quy mô bằng cách làm cho bộ nhớ và các thiết bị điện toán nhỏ hơn bao giờ hết, nên nhóm nghiên cứu Almaden của IBM, dẫn đầu bởi Andreas Heinrich, đang xây dựng các yếu tố điện toán nguyên tử trong phòng thí nghiệm.

Công nghệ cần thiết cho việc sản xuất quy mô lớn ở quy mô nguyên tử duy nhất vẫn chưa tồn tại. Ngày nay, câu hỏi được đặt ra là, "Bạn sẽ muốn xây dựng cái gì trên quy mô của các nguyên tử để lưu trữ dữ liệu và tính toán trong tương lai xa?", Heinrich nói.

Khi các kỹ sư thu nhỏ các thiết bị thông thường, họ phát hiện ra rằng vật lý lượng tử làm cho các thiết bị kém ổn định hơn. Ví dụ, khi các bit bộ nhớ từ thông thường được thu nhỏ thì mỗi miếng từ của bit bắt đầu ảnh hưởng đến các bit xung quanh, làm suy yếu khả năng duy trì mức 1 hoặc 0 của mỗi bit.

Các nhà nghiên cứu của IBM thấy rằng có thể tránh né vấn đề này bằng cách sử dụng các nhóm của các nguyên tử hiển thị một loại từ tính khác. Điều quan trọng, Heinrich nói, là chuyển động spin từ tính của mỗi nguyên tử riêng biệt.

Trong nam châm thông thường, chuyển động spin từ tính của các nguyên tử được liên kết. Đó là sự liên kết dẫn đến sự bất ổn khi các yếu tố của bộ nhớ từ được thu nhỏ. Các nhà nghiên cứu IBM đã thực hiện thu nhỏ các thành phần của bộ nhớ bằng cách xếp các nguyên tử sắt có các chuyển động spin được liên kết.

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng và ghi dữ liệu vào các yếu tố của bộ nhớ nhỏ bằng cách sử dụng một kính hiển vi, một thiết bị được phát triển tại IBM Zurich vào năm 1981. Kính hiển vi này có một cực dò rất mỏng có thể được sử dụng để mô tả một bề mặt và đẩy các nguyên tử riêng biệt xung quanh.

Heinrich cho biết nhóm nghiên cứu của ông đã phát hiện ra rằng có thể tạo ra một bộ nhớ phản sắt từ bằng cách sử dụng ít hơn 12 nguyên tử, nhưng sẽ kém ổn định hơn. Với 12 nguyên tử, các yếu tố của bộ nhớ sẽ tuân theo vật lý cổ điển, và các xung đọc và ghi được áp dụng thông qua các đầu dò kính hiển vi tương tự như được sử dụng trong các ổ đĩa cứng ngày nay. Nghiên cứu này đã được mô tả trong Tạp chí Khoa học.

Bất kỳ công nghệ lưu trữ dữ liệu không bay hơi nào cũng có thể giữ dữ liệu trong 10 năm ở nhiệt độ trên nhiệt độ phòng, ông Victor Zhirnov, một nhà khoa học nghiên cứu tại Semiconductor Research Corporation (Công ty nghiên cứu bán dẫn), cho biết. Các bit của IBM có thể giữ được 1 hoặc 0 chỉ trong một vài giờ, và chỉ ở nhiệt độ rất thấp, nhưng Heinrich cho biết họ có thể tăng sự ổn định cho các hoạt động ở nhiệt độ thực tế hơn bằng cách sử dụng 150 nguyên tử cho mỗi bit thay vì 12 nguyên tử.

Tuy nhiên, Heinrich cho biết việc tạo ra một công nghệ thực tế không phải là mục đích của công việc hiện tại. Mục đích của ông là khám phá xem các loại khác của các yếu tố tính toán có thể được thực hiện từ một vài nguyên tử hay không.

Thùy Linh