Supraledande virvel som en kvantiserad informations bit

Supraledare kan användas i framtida superdatorer, eftersom de kan minska dramatisktenergiförbrukningen och ger möjlighet att operera med kvantiserade tillstånd som är idealiska för Boolean logik. Forskare vid Stockholms universitet presenterar i senaste numret av Nature Communications en proof-of-concept för en ny typ av supraledande minne, som grundar sig på en kvantiserad supraledande virvel.

Figure_for_SUStigande energiförbrukning blir ett allt större problem för superdatorer. För en ExaFLOP dator (som gör 1e18 FLoating-point Operations Per Seklund) energiförbrukning förutspås att vara på en 100 MW nivå. Hantering av ett sådant energiflöde skulle vara mycket svårt för den nuvarande halvledarbaserad teknik. Motsvarande underhållskostnaderna överstiger kostnaden för kylning av hela datorn till kryogena temperaturer.

– Kylning till ca 4 Kelvin skulle möjliggöra utbyte av en konventionell halvledande elektronik med en supraledande elektronik med noll elektrisk motstånd och, således, extremt låg energiförbrukning. Men det handlar inte bara om energiförbrukning. Supraledande komponenter kan också avsevärt öka hastigheten på datorn och kan skapa nya funktionsprinciper. Detta beror på kvantmekanisk karaktär av supraledare, som leder t.ex. till magnetiskt flödes kvantisering. Den minsta kvantiserade objekt i supraledare är Abrikosov virvel (typisk storlek ~ 100 nm), som kan användas för att skapa hög densitet digital kryoelektronik. Sådana icke sönderfallande kvantiserade tillstånd är idealiska för en klassisk Boolean logik, säger professor Vladimir Krasnov.

Utveckling av supraledande datorer pågick under dem senaste fyra decennier med varierande framgång. En av de största hinder är en brist på en lämplig RAM (Random Access Memory) minne. Supraledande RAM borde ha noll statiskt energiförbrukning, extremt låg access energi ~1e-18 J/bit, och naturligtviss hög densitet och hastighet. Ett sådant minne är inte tillgängligt idag.

– Vi var nyfikna om det går att använda Abrikosov virvel som en naturlig och perfekt kvantiserad informations bit i digitalelektronik. I den nypublicerade artikeln vi presenterar proof-of-concept för en ny typ av Abrikosov virvel baserad minne (AVRAM). Vi demonstrerar två olika sätt att skriva och läsa information med hjälp av en spin-ventil och en supraledande tunnelövergång. AVRAM har en oändlig magnetoresistance mellan 0 och 1 tillstånd, kort access tid, skalbarhet till nanometer nivå och en extremt låg energi per bit. Icke sönderfallande funktion samt utmärkt stabilitet och reproducerbarhet är inbyggda i ett sådant minne på grund av en kvantiserad karaktär av en virvel. Ett sådant minne kan vara av stor betydelse för utveckling av framtida superdatorer, säger Vladimir Krasnov.

Artikeln: Single Abrikosov vortices as quantized information bits
Författare: T. Golod, A. Iovan and V. M. Krasnov
DOI: 10.1038/ncomms9628

För ytterligare information

Vladimir Krasnov, professor i Experimentell kondenserade materiens fysik, Fysikum, Stockholms universitet, e-post vladimir.krasnov@fysik.su.se

Share this post
  •  
  •  
  •  
  •