Российские ученые нашли способ ускорить работу компьютера в сотни раз

Группа ученых из Московского физико-технического института и Московского государственного университета разработала технологию, позволяющую увеличить скорость компьютерной памяти в сотни раз. Публикация с ее описанием появилась в журнале Applied Physics Letters.

Один из соавторов метода Александр Голубов из МФТИ рассказал, что работа новых ячеек памяти выстраивается по схеме, которая не требует времени на процессы намагничивания и размагничивания. Чтение и запись происходит за сотни пикосекунд. В существующих схемах организации памяти на это уходит в сотни и даже тысячи раз больше времени.

Ячейки памяти основаны на так называемом эффекте Джозефсона. Они представляют собой своеобразный сэндвич из диэлектрика и сверхпроводника - при определенной силе магнитного поля электроны могут проходить сквозь диэлектрик и перемещаться между слоями сверхпроводника. Подобная схема применяется не только для создания памяти будущих квантовых компьютеров, но и сверхчувствительных датчиков магнитного поля и ряда экспериментальных устройств.

Обычно для записи в ячейку памяти, созданную на базе переходов Джозефсона, применялись магнитные поля. Информация при этом кодировалась при помощи направления вектора магнитного поля в ферромагнетике. Однако плотная упаковка ячеек памяти этого типа невозможна, к тому же нельзя быстро сменить вектор намагниченности, а для осуществления считывания и записи информации необходима подпитка, то есть нанесение на плату дополнительных цепей.

Российские физики для переключения состояния ячейки памяти предложили использовать инъекционные токи, которые протекают через один из слоев сверхпроводника. Считывание состояния при этом можно выполнять с применением тока, проходящего через всю структуру. Процесс занимает в сотни раз меньше времени, чем перемагничивание ферромагнетика или измерение намагниченности.

Александр Голубов также отметил, что для реализации разработанной схемы используется только один слой ферромагнетика, и это позволяет адаптировать её к одноквантовым логическим схемам. Для применения нового типа памяти не нужно разрабатывать принципиально иную архитектуру процессора, а компьютер с частотой в сотни гигагерц, основанный на одноквантовой логике, потребляет в десятки раз меньше энергии.