Создание принципиально новых схем кодирования, записи и хранения информации в классических и квантовых компьютерах приблизила совместная работа ученых Научно-практического центра по материаловедению Национальной академии наук Беларуси и Физико-технического института низких температур НАН Украины.
Участие наших физиков в международном проекте было обеспечено за счет средств Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований.
— Суть нашей совместной с харьковчанами работы заключается в изучении возможности передачи информации с помощью спина электронов, — поясняет руководитель белорусской части проекта, старший научный сотрудник лаборатории теории твердого тела кандидат физико-математических наук Сергей Руткевич. – Спин электрона – это его внутренняя характеристика, которая имеет квантовую природу. Если представить электрон в виде волчка, то спин – это направление оси его вращения. В обычной электронике не имеет значения, куда эта ось смотрит, так как для записи и передачи информации используется электрический заряд. Например, полупроводниковая ячейка памяти может быть либо электрически нейтральной (в таком случае ее состояние обозначается как «0»), либо заряженной избыточными электронами (тогда «1»). На этом и основано двоичное кодирование информации. Но, направляя магнитным полем спины электронов вверх или вниз, можно записывать информацию с помощью все той же системы двоичного кодирования, однако учитывающей не наличие заряда, а ориентацию спинов частиц в пространстве, скажем, «вверх» или «вниз». В таком случае можно выиграть в скорости и плотности записи информации и значительно сократить потери на выработку тепла. На новый уровень выйдет и микроминиатюризация вычислительной техники. Конечно, поток спин-поляризованных электронов (электронов с одинаково направленными спинами) может нести одновременно и традиционно записанную информацию, которая может быть считана независимо.
Все эти грядущие достижения приближают своими исследованиями белорусские ученые. Они предложили различные схемы для формирования таких спин-поляризованных потоков, промоделировали магнитные характеристики разрабатываемого украинскими коллегами спиновода – устройства для придания движущимся в проводнике электронам нужной ориентации спинов. Теоретически исследованы различные режимы протекания спин-поляризованного тока в проводящих каналах. Весомым вкладом в науку стало и исследование свойств так называемых бионов – подвижных микроскопических магнитных областей (доменов), которые могут перемещаться и переносить полезную информацию в одномерных ферромагнетиках.
Материалы этих и других исследований, опубликованные в ведущих физических журналах мира и озвученные на международных конференциях по физике, получили резонанс в научном сообществе. Интерес к теоретическим изысканиям белорусов проявляют университеты Мюнстера и Дуйсбурга (Германия), в сотрудничестве с которыми нашим ученым гораздо легче будет довести свои идеи до воплощения.
Разумеется, перспективная область квантовой электроники, уже получившая собственное имя – спинтроника, еще только строит теоретический фундамент, который в будущем должен обеспечить технологический прорыв. Задача эта чрезвычайно сложная, поэтому спиновый нанокомпьютер, обладающий феноменальными характеристиками, появится, как осторожно предсказывают специалисты, не ранее чем лет через десять-двадцать. Хотя как знать?
