Поделиться
В России создали технологию аналоговой записи, которая записывает данные плотнее, чем цифровая
Развитие современных методов записи и хранения информации уперлись в ограничения связанные с перегревом электронных устройств и трудностями дальнейшего уменьшения их размеров. Российские ученые нашли способ вернуться к аналоговой технологии на новом уровне, позволяющем превзойти доступные возможности цифровых.
Аналоговая система хранения информации
Специалисты Российского квантового центра МГУ, Московского государственного педагогического университета и Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского разработали технологию, которая может стать основой для создания более компактных, емких и быстрых вычислительных систем нового типа. Она позволяет записывать терабайты информации в аналоговом виде, выяснили «Известия».
Электронные способы обработки и передачи информации имеют ряд ограничений, например нагрев устройств и предел по дальнейшей миниатюризации. Созданная российскими учеными технология, основанная на передаче сигнала с помощью спиновых волн, то есть колебаний магнитного состояния вещества, может сделать вычислительные операции более надежными, экономичными и быстрыми, пояснил соавтор проекта, руководитель научной группы Российского квантового центра Владимир Белотелов.
Предложенный подход можно использовать для создания элементов сверхплотной магнитной памяти и принципиально новых устройств.
Управление магнитными волнами
Исследование открыло новые возможности для управления магнонами — магнитными волнами. По словам Белотелова, развитию технологии до сих пор препятствовал ограниченный размер фокусировки лазерного пучка (порядка нескольких микрон), при том, что, чем меньше длина волны, тем плотнее можно размещать логические элементы на чипе.
Проблема была решена с помощью решетки наноразмерного масштаба, которой покрыли прозрачную магнитную пленку. Узор решетки работает как шаблон и позволяет формировать спиновые волны длиной всего 0,3 микрометра. Это в разы меньше, чем до этого удавалось получать оптическими методами.
«Раньше минимальный размер магнитного сигнала задавал световой луч. Теперь его определяет рисунок нанорешетки, который формирует нужный оптический паттерн. Чем мельче этот рисунок, тем короче волна и тем меньше может быть работающий с ней компонент. В эксперименте была получена спиновая волна длиной 0,3 мкм, а расчеты показывают, что ее можно уменьшить еще втрое», — сказал Белотелов.
Следующим этапом работы после демонстрации нового физического принципа станет создание памяти и процессоров на его основе, отметил участник Российского квантового проекта, ассистент кафедры физтех-школы физики и исследований имени Ландау Московского физико-технического института Дмитрий Чермошенцев.
Еще предстоит уменьшить длину волн до расчетных 100 нм, снизить затухание, объединить процессы генерации и считывания сигнала на одном чипе и оценить энергозатраты, продемонстрировать устойчивое выполнение отдельных операций. Если удастся связать возбуждение спиновых волн с надежным переключением устойчивых магнитных состояний, можно будет создавать элементы сверхплотной магнитной памяти.
Возвращение к аналоговым вычислениям
После десятилетий практически полной цифровизации инженеры возвращаются к развитию аналоговых вычислений, которые могут оказаться более эффективные для решения отдельных классов задач. Например, в нейроморфных устройствах, где информация кодируется непрерывными сигналами, а не дискретными «нулями» и «единицами», рассказал Белотелов.
Спиновые волны, в отличие от традиционного цифрового принципа, при котором сигнал кодируется последовательностью «нулей» и «единиц», содержат информацию в параметрах волнового сигнала. Это открывает возможности для более сложной и плотной записи данных, отметил ученый. Более высокую скорость обработки данных обеспечит способность спиновых волн работать на более высоких частотах.
«Это значимое достижение, но оно носит закономерный характер, поскольку исследования в этом направлении ведутся уже более полувека. Основы были заложены в трудах академика Льва Питаевского в 1960-х гг.», — прокомментировала доктор физико-математических наук, главный редактор журнала «Фотоника», профессор Московского авиационного института и Московского государственного университета геодезии и картографии Наталья Истомина.
Короткая ссылка
