211service.com
Atomu atmiņas mērīšana ar nano precizitāti
Notikumi, kas notiek atomu iekšpusē, notiek ar ātrumu, kas parasti ir pārāk ātrs, lai to uztvertu. Tagad pētnieki plkst IBM ’s Almadenas pētniecības centrs ir izstrādājuši paņēmienu, kas ļauj viņiem vērot šo atomāro darbību ar nepieredzētu izšķirtspēju.
Atmiņas mašīna: IBM pētnieks Sebastians Lots izmanto skenēšanas tunelēšanas mikroskopu, ko viņa komanda izmantoja, lai noteiktu, cik ilgi viens atoms var uzglabāt informāciju.
Pētnieki izmantoja šo paņēmienu, lai mainītu atoma griešanās orientāciju, kas ir būtiska kvantu īpašība, un pēc tam izmērītu, cik ilgi atoms atcerējās šo stāvokli, pirms atgriežas savā dabiskajā griešanās stāvoklī. Šis ir pirmais solis, lai izstrādātu sava veida datora atmiņu, kas darbojas atomu mērogā, un šo paņēmienu varētu izmantot arī materiālu zinātnieki, lai veiktu pamata pētījumus, kas nepieciešami efektīvāku organisko saules materiālu izgatavošanai.
Atoma griešanās stāvokļa ietekmēšana un mērīšana ir viens no veidiem, kā izveidot kvantu bitu jeb kubitu, kas vienlaikus var kalpot gan kā 1, gan 0 kvantu datorā. Ir iespējams veikt statisku atoma griešanās mērījumu, taču līdz šim nav bijis iespējams novērot atoma griešanās izmaiņas laika gaitā.
Pētnieki, kuru vadīja Dons Eiglers un Andreass Heinrihs IBM laboratorijā Sanhosē, Kalifornijā, varēja vērot atomu apgriezienus, kas laika gaitā apgriežas vai atslābinās, izmantojot modificētu skenējošu tunelēšanas mikroskopu vai STM — instrumentu, ko IBM pētnieki izgudroja 1981. gadā. atoma stāvokļa attēli ik pēc piecām nanosekundēm – miljons reižu ātrāk nekā iepriekš.
IBM pētnieki atklāja, ka viens dzelzs atoms var uzglabāt magnētisko informāciju griešanās veidā apmēram vienu nanosekundi. Tomēr, kad dzelzs atoms atrodas netālu no vara atoma, tā kvantu atmiņa tiek pagarināta, tāpēc griešanās atslābināšanai nepieciešamas apmēram 200 nanosekundes. Rezultāti tika publicēti pagājušajā nedēļā žurnālā Zinātne .
Informācija samazinās 200 nanosekundēs, taču tas ir daudz laika, saka Sebastians Lots, pētnieku grupas loceklis. Pašreizējie procesori šajā laikā veic vairākus simtus aprēķinu ciklu.
Kad STM gals ir ļoti tuvu virsmai, elektriskā strāva var plūst starp atomiem uz virsmas un tā galu. Pārvietojoties pa virsmu, mikroskops var radīt tās attēlu. Un, analizējot strāvas plūsmu, ir iespējams uzzināt par atoma magnētisko stāvokli, ieskaitot tā griešanos.
Lai uzlabotu STM laika izšķirtspēju, pētnieki pārveidoja galu tā, lai tas ne tikai mēra elektrisko strāvu, bet arī to piegādāja. Viņi padeva strāvu atomam un pēc noteikta laika izmērīja tā stāvokli. Katram šādam laika periodam viņi veica 100 000 mērījumu. Viņi mainīja laiku starp impulsiem un mērījumiem, atkārtojot procesu atkal un atkal. Attēli no katra mērījuma tika apvienoti kā kadri videoklipā. Saliekot šos kadrus kopā, pētnieki izveidoja kustīgu atoma griešanās stāvokļa attēlu ar kadru, kas tika uzņemts ik pēc piecām nanosekundēm.
Loth saka, ka IBM pētnieki cer izmantot ātro STM paņēmienu divās galvenajās pētniecības jomās. Pirmkārt, viņi turpinās to izmantot, lai noteiktu, vai dažādas atomu kombinācijas var ilgāk uzglabāt kvantu informāciju. Otrkārt, izmantojot fotonu plūsmu, nevis elektronu plūsmu kā impulsa signālu, saka Lots, pētnieki cer iegūt labāku izpratni par to, kā dažas organiskās molekulas pārvērš gaismu elektriskajā enerģijā. Tas varētu radīt labākas saules baterijas.
Tādas sistēmas kā IBM atomu apgriezienu apgriešanai un mērīšanai varētu būt daļa no nākotnes kvantu datora, saka Alans Aspuru-Guziks , Hārvardas universitātes ķīmijas un ķīmiskās bioloģijas profesors. Viņš saka, ka atomu griešanās maiņa un mērīšana, kā arī spēja paredzēt, kā atomi izturēsies, ir svarīgs solis ceļā uz šo mērķi. Viņš saka, ka lielākā daļa līdz šim ražoto ierīču ir vairāk līdzīgas kvantu rotaļlietām, nevis datoriem. Taču lauks stabili virzās uz priekšu, viņš saka. Katru nedēļu kāds demonstrē, ka manipulē ar kubitu mazliet labāk.