В то время как многие предприятия пытаются совладать с Большими Данными, корпорация IBM объявила о появлении у нее самых «маленьких» данных в мире: для хранения одного их бита достаточно одного атома.

Исследователи из лаборатории IBM Almaden в Сан-Хосе стали первыми на планете, кому удалось записать 1 бит данных в один атом и считать его оттуда, используя явление магнетизма. Такой способ хранения информации в сотни раз эффективнее существующих: например, вся библиотека Apple iTunes из 35 млн песен уместится на устройстве размером с кредитную карту.

Уплотнение хранения в будущем может привести к созданию более компактных телефонов, ПК и даже ЦОД.

Существующие сегодня жесткие диски используют для хранения 1 бит около 100 тыс. атомов. Ранее другим исследователям уже удавалось размещать данные в единичных атомах. Были созданы и экспериментальные устройства, в которых данные хранились на уровне атомов. «Но технология магнитного хранения, применяемая сегодня в ленточных и дисковых накопителях, а также во флеш-памяти, обладает преимуществом твердотельности — она не требует перемещения атомов», — заявил исследователь нанотехнологий Кристофер Лутц, возглавляющий проект.

После того как 1 бит был размещен в одном атоме, ученые стали варьировать расстояние между двумя атомами, пытаясь понять, насколько близко друг к другу они могут находиться, обеспечивая независимое чтение. Все работало, когда расстояние между атомами составляло всего 1 нм. Иными словами, на одном квадратном сантиметре можно хранить около 100 Тбит данных.

Впрочем, появления телефонов размером с мизинец в ближайшее время ждать все же не стоит. Пока проект является чисто исследовательским и призван помочь ученым в разработке инструментов и получении знаний, которые выведут на новый виток открытий.

«По правде говоря, в IBM не рассчитывают на то, что в коммерческих устройствах хранения или памяти 1 бит будет занимать один атом, — отметил Лутц. — Нужно учесть, что в ходе экспериментов создавались специальные лабораторные условия: сверхвысокий вакуум, низкая вибрация, использование жидкого гелия для достижения сверхнизких температур. Для увеличения плотности хранения в нормальной жизни эти жесткие условия необходимо ослаблять. Сейчас же речь может идти разве что о суперкомпьютере специального назначения».

Команда исследователей хотела добиться максимально возможной плотности. Никто до последнего не знал, сколько атомов понадобится для устойчивого хранения 1 бит в магнитной памяти. И вот наконец ответ получен: достаточно одного атома.

Теперь, отталкиваясь от результатов IBM, другие исследователи могут попытаться создать хранилище высокой плотности вне лаборатории. Возможно, это удастся сделать, задействуя небольшое число атомов, которые помогут друг другу сохранять устойчивое состояние при комнатной температуре.

В ходе исследований использовался тот факт, что все магниты имеют два полюса. Меняя эти полюса местами, мы формируем представление нулей и единиц. (Но в квантовой физике некоторые атомы могут быть одновременно намагничены обоими способами, и этого состояния исследователям из IBM сознательно пришлось избегать.)

Исследователи пропускали электрический ток через атом редкоземельного минерала гольмия (он применяется при изготовлении мощных магнитов) и намагничивали его определенным образом. При повторном пропускании тока полярность менялась, и 1 бит данных получал другое значение. Ток подводился через специальную металлическую нить, с использованием сканирующего туннельного микроскопа.

Считывание ранее записанных значений и измерение магнитного тока, проходящего через атом, осуществлялось при помощи атома железа — совершенно новой технологии.

«Быть может, создать коммерческие устройства хранения, в которых для записи 1 бит использовался бы один атом, не удастся никогда, — заметил Лутц. — Но изучать возможности увеличения плотности и дальнейшей миниатюризации оборудования необходимо, поскольку производители микросхем сталкиваются с новыми ограничениями. Нам удалось запрыгнуть в самый конец теоретической зоны действия закона Мура, и теперь можно пытаться отрабатывать в обратном направлении».

Купить номер с этой статьей в PDF