Úterý, Listopad 13

Kurčatovův institut vyvinul materiál pro kvantový počítač

Vědci z ruského Kurčatova institutu navrhli dvourozměrný materiál, který má potenciální využití v nových elektronických technologiích. Ve světě čipů až doposud platil s jistými obměnami zákon, vyslovený v roce 1965 Gordonem Moorem, jedním ze zakladatelů výrobce procesorů Intel. Říká, že každý rok (později to změnil na dva roky) se hustota tranzistorů na jednom čipu zdvojnásobuje. Znamená to velmi prudký růst výkonu a paměťových kapacit počítačů, kterému byl svědkem každý, kdo se narodil mezi roky 1970 a 1990. Dnes již však došel k hranicím uplatnitelnosti a podle vědců přichází nová elektronika: spintronika.

Materiál pro výrobu kvantových procesorů vyvinutý společností Intel. (Zdroj: Intel Corporation)

 

Posledních padesát let vývoj čipového světa následoval Mooreův zákon téměř zcela přesně. I sám autor však varoval, že tato pohoda nepotrvá věčně: když se dostaneme k rozměrům v nanometrech, projevují se kvantové efekty a tranzistory přestanou být spolehlivé. Zhruba je lze popsat takto: tranzistor přepíná mezi 1 a 0 na základě toho, zda jím protéká proud nebo ne. V důsledku tepelných efektů a kvantového tunelování však určitý malý proud jimi protéká neustále – jako když odkapává voda z rezavého kohoutku, u větších tranzistorů to nevadí, avšak u nanorozměrů už ano.  Navíc platí zákonitost, že čím menší jsou jednotlivé tranzistory, tím déle trvá poslání informace po celém obvodu. Také odvod tepla je problematický: roste s hustotou tranzistorů velmi rychle a zatímco dříve na ochlazení procesoru v počítači stačily žebrované hliníkové desky, dnešní výkonné jednotky se neobejdou bez ventilátorů či vodního chlazení.

Zástupci společnosti Intel, který je stále vlajkovou lodí ve světě čipů, vloni vyhlásili kardinální změnu paradigmatu. Podle viceprezidenta Intelu Williama Holta si nové tisíciletí vyžádá zcela odlišné technologie, neomezené stávajícími kvantovými limity. Zatím nejsou k dispozici, avšak Holt jmenoval nový směr, kterým se ubírají výzkumníci. Tím je spintronika, elektronika postavená na kvantových vlastnostech elektronu. Základem současných procesorů jsou křemíkové tranzistory, které jak už bylo řečeno, přepínají mezi nulou a jedničkou na základě toho, zda mezi nimi teče elektrický proud nebo ne. Ve spintronice jsou jedničky a nuly zadávány spiny jednotlivých elektronů. Je to stav částice, nabývající vždy jedné ze dvou možných hodnot. Zevrubný výklad je nad rámec této krátké statě, v podstatě však jde o to, že místo relativně velkého tranzistoru je použita ta nejmenší částice, elektron, která může fungovat stejně.  

Spintronika slibuje nejen zmenšení součástek, nýbrž také snížení energetické spotřeby: na rozdíl od přepnutí stavu tranzistoru otočení spinu elektronu vyžaduje jen malé množství energie, elektronika na jejich základě tak teoreticky potřebuje mnohem méně chladit.

Hlavním úkolem, který nyní stojí před badateli a inženýry, tkví v nalezení vhodných materiálů, které vykazují spintronické efekty a zároveň je bude možné integrovat do existující křemíkové technologie.

Vědci z Kurčatova institutu navrhli a vytvořili právě takový materiál. Je to velmi tenká magnetická blána z pouhých několika vrstev atomů, v níž je možné všechny spiny nasměrovat stejně a lze jej proto použít pro spintronické technologie. Podle odhadů potrvá přechod na spintronické technologie dalších dvacet let, podle predikcí vědců jde v současnosti o nejperspektivnější směr. Stojí za zmínku, že spintroniku rozvíjejí i čeští badatelé, například fyzik Tomáš Jungwirth.

Zdroj: Atomic-energy.ru

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.