Российские ученые нашли способ ускорить память в сотни раз

Александр Голубов из МФТИ рассказал, что новая схема работы ячейки памяти не предполагает затрат времени на процессы намагничивания и размагничивания. За счет этого чтение и запись осуществляется за сотни пикосекунд (конкретная цифра зависит от геометрии и материалов системы). Традиционные же схемы организации памяти тратят на это в сотни или даже тысячи раз больше времени.

В основе новых ячеек памяти – квантовые эффекты и переходы Джозефсона. Это своеобразные сэндвичи из диэлектрика и сверхпроводника, существование которых в 1960-х годах предсказал британский физик Брайан Джозефсон.

При определенной силе магнитного поля электроны могут проходить сквозь диэлектрик и перемещаться между слоями сверхпроводника. Этот эффект используется не только для создания памяти будущих квантовых компьютеров, но и сверхчувствительных датчиков магнитного поля и ряда экспериментальных устройств.

Обычно для записи информации в ячейку памяти, созданную на базе переходов Джозефсона, применялись магнитные поля. Информация при этом кодировалась направлением вектора магнитного поля в ферромагнетике.

Однако упаковать такие ячейки памяти можно не слишком плотно. Кроме того, вектор намагниченности быстро поменять нельзя, а для осуществления считывания и записи информации необходима подпитка, следовательно, нанесение на плату дополнительных цепей.

В новой схеме для переключения состояния ячейки памяти (из 0 в 1 или наоборот) российские физики предлагают использовать инъекционные токи, которые протекают через один из слоев сверхпроводника. Считывание состояния при этом можно выполнять с применением тока, проходящего через всю структуру. Это занимает в сотни раз меньше времени, чем перемагничивание ферромагнетика или измерение намагниченности.

Голубов также отметил, что для реализации разработанной схемы используется только один слой ферромагнетика, и это позволяет адаптировать её к одноквантовым логическим схемам. Фактически для применения нового типа памяти не нужно разрабатывать принципиально иную архитектуру процессора, причем компьютер частотой в сотни гигагерц, основанный на одноквантовой логике, потребляет в десятки раз меньше энергии.