СоХабр закрыт.
С 13.05.2019 изменения постов больше не отслеживаются, и новые посты не сохраняются.
| сохранено
H Новый тип запоминающего устройства «Бит» + «Кубит» в черновиках
Впервые предложен вариант реализации гибридного запоминающего устройства “бит + кубит” на основе, пары вертикальных блоховских линй, образуемых в доменных границах магнитных пленок
Стремительное развитие современных технологий выдвигает ряд серьезных требований к служебным характеристикам устройств накопления и хранения информации. Запоминающие устройства (ЗУ) должны обладать радиационной и механической устойчивостью, энергонезависимостью и отличаться высокой плотностью регистрации больших массивов данных.
Рис.1 Пример ЗУ
Указанным качествам в значительной степени соответствуют уже существующие твердотельные ЗУ, в которых элементарными битами информации являются заданные стабильные состояния физических носителей памяти. Например, гистерезисные направления векторов намагниченности. При этом N бит такого ЗУ могут одновременно представлять N бинарных значений. В то же время, проводятся интенсивные исследования с целью создания ЗУ, запись информации в которых, осуществляется с помощью суперпозиции двухуровневых квантовых состояний (кубитов). Практическое внедрение такого подхода позволит качественно увеличить объем записи данных. Так N кубитов смогут одновременно представлять уже 2^N бинарных значений, что заметно превосходит потенциал обычного ЗУ.
Развивая далее обозначенную тему, вполне уместно поставить вопрос. Возможна, ли реализация ЗУ гибридного типа “бит + кубит”? Очевидно, что указанная конструкция, наряду со сверхплотной записью информации, обладала бы также и высокими служебными характеристиками, присущими “классическому” ЗУ. В качестве ответа на поставленную задачу нами предложен вариант гибридного ЗУ на основе наноразмерных (1нм=10-9м) образований − вертикальных блоховских линий (ВБЛ), которые формируются в доменных границах магнитных пленок. Однако прежде чем рассматривать принцип действия такого ЗУ, немного необходимой информации о самих ВБЛ.
Вертикальные блоховские линии по своей структуре, представляют устойчивые локальные вихреподобные системы, характеризуемые полярностью. Полярность – это параметр, отражающий направление разворота (происходит по всей толщине пленки) вектора намагниченности в ВБЛ по (или против) часовой стрелки (см. Рис.2)). Кроме того, ВБЛ обладают квантовыми свойствами, которые проявляются в области низких температур. Как результат, энергия пары однополярных ВБЛ имеет дискретный тип, называемый энергетическим спектром. Возбуждение его квантовых уровней, расположенных на равных расстояниях друг от друга, осуществляется внешним магнитным полем. Вероятность их заполнения описывается известным распределением Пуассона.
Рис.2. Схематическое изображение участка доменной границы (вид сверху), содержащей пару однополярных ВБЛ. Стрелками показан разворот вектора намагниченности (в данном случае против часовой стрелки) в каждой из ВБЛ.
Опуская ряд второстепенных деталей, переходим к главному − принципу кодирования информации в гибридном ЗУ “бит + кубит”. Единичным битом в нем является пара однополярных ВБЛ, находящихся в доменной границе магнитного полосового домена. Выбор однополярных ВБЛ обусловлен тем, что последние образуют устойчивую систему, в отличие от разнополярных ВБЛ, силы взаимодействия, между которыми, сближают ВБЛ, приводя к их аннигиляции. Таким образом, наличию пары ВБЛ соответствует “1”, отсутствию “0”. Детектирование и запись информации осуществляется с помощью магнитных полей, прикладываемых к домену, граница которого служат регистром хранения ВБЛ (см. Рис.3). Рядом компаний, связанных с оборонкой, ведутся работы по созданию запоминающих устройств на основе ВБЛ. Следы соответствующих разработок, заинтересованный читатель может найти в интернете.
Рис.3. Полосовой магнитный домен, граница которого содержат ВБЛ. Цифрами обозначены биты информации.
Принципиально новым моментом в нашей конструкции является учет дискретного характера энергии пары однополярных ВБЛ. Данный факт позволяет сформировать кубит, в качестве которого выбираем двухуровневую квантовую систему, состоящую из основного (не возбужденного) и, активированного внешним магнитным полем, заданного уровня энергии. При этом величины полей, которые перемещают ВБЛ вдоль доменных границ, и полей, возбуждающих их квантовые колебания, находятся в различных численных диапазонах. Другими словами, существует практическая возможность раздельного управления “классическим” и квантовым процессами кодировки данных. Причем, что особенно важно подчеркнуть, реализация как бита, так и кубита осуществляется на одном физическом носителе – паре однополярных ВБЛ.
Конечно же, надо сказать, что практическое воплощение рассмотренного нами гибридного ЗУ требует решения помимо технических, еще и ряда чисто научных проблем. Одной из которых, является учет влияния тепловых флуктуаций на квантовые свойства ВБЛ. Рассмотрение данного вопроса, в итоге, позволило бы поднять рабочую температуру устройства. Тем не менее, представленное нами сообщение не только открывает перспективу создания сверхплотного ЗУ нового типа “бит + кубит” на ВБЛ, но и может стимулировать разработку аналогичных устройств на иных физических носителях информации.
Шевченко А.Б. Шевченко Д.М.
Стремительное развитие современных технологий выдвигает ряд серьезных требований к служебным характеристикам устройств накопления и хранения информации. Запоминающие устройства (ЗУ) должны обладать радиационной и механической устойчивостью, энергонезависимостью и отличаться высокой плотностью регистрации больших массивов данных.
Рис.1 Пример ЗУ
Указанным качествам в значительной степени соответствуют уже существующие твердотельные ЗУ, в которых элементарными битами информации являются заданные стабильные состояния физических носителей памяти. Например, гистерезисные направления векторов намагниченности. При этом N бит такого ЗУ могут одновременно представлять N бинарных значений. В то же время, проводятся интенсивные исследования с целью создания ЗУ, запись информации в которых, осуществляется с помощью суперпозиции двухуровневых квантовых состояний (кубитов). Практическое внедрение такого подхода позволит качественно увеличить объем записи данных. Так N кубитов смогут одновременно представлять уже 2^N бинарных значений, что заметно превосходит потенциал обычного ЗУ.
Развивая далее обозначенную тему, вполне уместно поставить вопрос. Возможна, ли реализация ЗУ гибридного типа “бит + кубит”? Очевидно, что указанная конструкция, наряду со сверхплотной записью информации, обладала бы также и высокими служебными характеристиками, присущими “классическому” ЗУ. В качестве ответа на поставленную задачу нами предложен вариант гибридного ЗУ на основе наноразмерных (1нм=10-9м) образований − вертикальных блоховских линий (ВБЛ), которые формируются в доменных границах магнитных пленок. Однако прежде чем рассматривать принцип действия такого ЗУ, немного необходимой информации о самих ВБЛ.
Вертикальные блоховские линии по своей структуре, представляют устойчивые локальные вихреподобные системы, характеризуемые полярностью. Полярность – это параметр, отражающий направление разворота (происходит по всей толщине пленки) вектора намагниченности в ВБЛ по (или против) часовой стрелки (см. Рис.2)). Кроме того, ВБЛ обладают квантовыми свойствами, которые проявляются в области низких температур. Как результат, энергия пары однополярных ВБЛ имеет дискретный тип, называемый энергетическим спектром. Возбуждение его квантовых уровней, расположенных на равных расстояниях друг от друга, осуществляется внешним магнитным полем. Вероятность их заполнения описывается известным распределением Пуассона.
Рис.2. Схематическое изображение участка доменной границы (вид сверху), содержащей пару однополярных ВБЛ. Стрелками показан разворот вектора намагниченности (в данном случае против часовой стрелки) в каждой из ВБЛ.
Опуская ряд второстепенных деталей, переходим к главному − принципу кодирования информации в гибридном ЗУ “бит + кубит”. Единичным битом в нем является пара однополярных ВБЛ, находящихся в доменной границе магнитного полосового домена. Выбор однополярных ВБЛ обусловлен тем, что последние образуют устойчивую систему, в отличие от разнополярных ВБЛ, силы взаимодействия, между которыми, сближают ВБЛ, приводя к их аннигиляции. Таким образом, наличию пары ВБЛ соответствует “1”, отсутствию “0”. Детектирование и запись информации осуществляется с помощью магнитных полей, прикладываемых к домену, граница которого служат регистром хранения ВБЛ (см. Рис.3). Рядом компаний, связанных с оборонкой, ведутся работы по созданию запоминающих устройств на основе ВБЛ. Следы соответствующих разработок, заинтересованный читатель может найти в интернете.
Рис.3. Полосовой магнитный домен, граница которого содержат ВБЛ. Цифрами обозначены биты информации.
Принципиально новым моментом в нашей конструкции является учет дискретного характера энергии пары однополярных ВБЛ. Данный факт позволяет сформировать кубит, в качестве которого выбираем двухуровневую квантовую систему, состоящую из основного (не возбужденного) и, активированного внешним магнитным полем, заданного уровня энергии. При этом величины полей, которые перемещают ВБЛ вдоль доменных границ, и полей, возбуждающих их квантовые колебания, находятся в различных численных диапазонах. Другими словами, существует практическая возможность раздельного управления “классическим” и квантовым процессами кодировки данных. Причем, что особенно важно подчеркнуть, реализация как бита, так и кубита осуществляется на одном физическом носителе – паре однополярных ВБЛ.
Конечно же, надо сказать, что практическое воплощение рассмотренного нами гибридного ЗУ требует решения помимо технических, еще и ряда чисто научных проблем. Одной из которых, является учет влияния тепловых флуктуаций на квантовые свойства ВБЛ. Рассмотрение данного вопроса, в итоге, позволило бы поднять рабочую температуру устройства. Тем не менее, представленное нами сообщение не только открывает перспективу создания сверхплотного ЗУ нового типа “бит + кубит” на ВБЛ, но и может стимулировать разработку аналогичных устройств на иных физических носителях информации.
Шевченко А.Б. Шевченко Д.М.
~1800
комментарии (5)