Wykorzystanie spinu do przechowywania, transportowania lub przetwarzania danych od lat jest tematem teoretycznych prac naukowych oraz eksperymentów. Grupa naukowców z instytutu IBM Research i uniwersytetu ETH w Zurichu opublikowała 12 sierpnia w Nature Physics artykuł Direct mapping of the formation of a persistent spin helix, opisujący wyniki ich badań, które zostały określone jako przełom w możliwościach praktycznego wykorzystania zjawisk kwantowych w systemach komputerowych.

Polecamy Naukowcy potrafią stukrotnie przyspieszyć HDD

Zobacz również:

• IBM podpisało z armią amerykańską intratny kontrakt
• HPE wspiera badania nad technologiami kwantowymi

Naukowcom udało się utworzyć w materiale półprzewodnikowym GaAs (arsenek galu, powszechnie wykorzystywany w przemyśle elektronicznym) względnie stabilną strukturę (tzw. spin helix) zawierającą strumień elektronów o zdefiniowanym kierunku spinu.

Możliwości kontroli kierunku spinu elektronów były dotąd ograniczone, bo te cząstki elementarne wskutek oddziaływań z materią przypadkowo zmieniają kierunek spinu w czasie ok. 100 pikosekund (jedna dziesiąta nanosekundy). Utworzenie struktury spin helix (spinowa spirala) składającej się z wielu elektronów znajdujących się w takim samym stanie kwantowym pozwoliło wydłużyć czas jego utrzymania blisko 30-krotnie do 1,1 nanosekundy. Jest to czas zbliżony do czasu jednego cyklu obliczeniowego w wypadku procesora pracującego z częstotliwością 1 GHz.

Polecamy IBM ogłasza przełom w produkcji pamięci

Dr Gian Salis z IBM Research wyjaśnia na czym polega prezentowane odkrycie. Znany jest fakt, że spin elektronów płynących w półprzewodniku rotuje - zmienia swój kierunek. Naukowcom udało się zbudować strukturę w której można synchronizować szybkość rotacji dla elektronów poruszających się w określonym kierunku, a także kontrolować wartość spinu. Stwarza to podstawę do budowy tranzystorów wykorzystujących spin, którymi będzie można elektrycznie sterować. Teoretyczna koncepcja synchronizowania rotacji spinu elektronów została zaprezentowana już w 2003 roku, ale dopiero teraz udało się ją potwierdzić i zrealizować w praktycznym eksperymencie, mówi Gian Salis.

Polecamy Naukowcy znaleźli metodę integracji układów krzemowych ze światłowodami

Technologie wykorzystywane obecnie przy budowie tranzystorów i układów pamięci stosują pole elektryczne do kontroli i sterowania elektronami. Postęp w zmniejszaniu wymiarów tranzystorów nieuchronnie zbliża się do fizycznej bariery - punktu, gdy sterowanie przepływem ładunków elektrycznych przestanie być możliwe. Wówczas dalszy rozwój technologii IT będzie wymagał zasadniczych zmian. Wykorzystanie zjawisk kwantowych daje taką szansę, choć na razie perspektywa ich praktycznego zastosowania jest wciąż dość odległa. Bo należy zwrócić uwagę, że w prezentowanym "przełomowym" eksperymencie, do monitorowania wartości spinu naukowcy wykorzystali femtosekundowe lasery o ultra-krótkim czasie impulsu (femtosekunda - milionowa część nanosekundy) i mikroskopy skaningowe, a badania zostały przeprowadzone w temperaturze minus 233 stopni Celsjusza.