توسط پسخ بنسون • ۱۳ اکتبر ۲۰۲۶

اورشلیم، ۱۳ اکتبر ۲۰۲۶ (TPS-IL) — دانشمندان دانشگاه عبری اورشلیم یک رویکرد آزمایشی حافظه کامپیوتری را نشان دادهاند که اتلاف انرژی را به حد بنیادین تعیین شده توسط قوانین فیزیک نزدیک میکند و به طور بالقوه راه را برای محاسبات با مصرف انرژی کارآمدتر در سیستمهایی که در دماهای بسیار پایین کار میکنند، هموار میسازد.

این رویکرد از یک گرداب ابررسانا استفاده میکند — یک ساختار مغناطیسی کوچک که در مواد خاصی هنگام سرد شدن به دماهای بسیار پایین تشکیل میشود. محققان با به دام انداختن گرداب در یکی از دو موقعیت پایدار، اطلاعات را به صورت صفر یا یک، واحدهای اصلی محاسبات دیجیتال، کدگذاری کردند.

این یافتهها در نهایت میتواند به کاهش انرژی مورد نیاز برای عملیات حافظه منفرد در کامپیوترهای کوانتومی و سایر سیستمهایی که در دماهای بسیار پایین کار میکنند، کمک کند. با این حال، تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه آیا این رویکرد میتواند مقیاسپذیر باشد و صرفهجویی عملی در مصرف انرژی را ارائه دهد، مورد نیاز است.

این مطالعه که در مجله علمی Nature Communications منتشر شده است، میزان انرژی اتلافی هنگام حرکت یک گرداب ابررسانای منفرد را بررسی کرد. در یک پیکربندی آزمایشی، کار مورد نیاز در هر چرخه به چهار برابر حد لاندائور، حداقل انرژی نظری مرتبط با پاک کردن یک بیت اطلاعات، کاهش یافت.

محققان همچنین از شبیهسازیهای عددی برای ارزیابی چگونگی نزدیک شدن انرژی مورد نیاز برای دستکاری اطلاعات به این حد بنیادین استفاده کردند. با این حال، روش آزمایشی شامل حرکت گرداب تحت نیروی نوسانی مداوم بود، نه انجام فرآیند ایدهآل پاک کردن اطلاعات. بنابراین، اندازهگیریها، نمایش مستقیمی از پاک کردن اطلاعات در چهار برابر حد لاندائور محسوب نمیشوند.

دکتر یوناتان آناهوری از دانشگاه عبری، که این مطالعه را با نوفار فریدمن رهبری کرد، گفت: «کار ما انرژی مورد نیاز برای راهاندازی یک بیت حافظه مبتنی بر گرداب ابررسانا را اندازهگیری میکند. ما دریافتیم که این میتواند با تقریباً پنج برابر حد لاندائور کار کند و آن را به طور قابل توجهی به حداقل مجاز توسط فیزیک نزدیک میکند.»

آزمایش محدودیتها

اندازهگیری انرژی دخیل، یک چالش آزمایشی عمده بود. به جای تلاش برای تشخیص مقدار ناچیز گرمای آزاد شده هنگام حرکت گرداب، این تیم پاسخ مغناطیسی آن را با استفاده از یک ابزار فوقحساس به نام میکروسکوپ SQUID-on-tip ردیابی کرد.

فریدمن گفت: «گرداب یک شیء فوقالعاده کوچک و ظریف است، بنابراین اندازهگیری انرژی اتلافی ناشی از حرکت آن یک چالش آزمایشی عمده است. با ردیابی پاسخ مغناطیسی آن، ما توانستیم هزینه انرژی آن را با محدودیتهای بنیادین پردازش اطلاعات مقایسه کنیم.»

محققان گفتند که این مطالعه اندازهگیری کمی از اتلاف انرژی در یک گرداب ابررسانای منفرد ارائه میدهد و راهی برای ارزیابی هزینههای انرژی استفاده از چنین ساختارهایی به عنوان عناصر حافظه فراهم میکند.

مجموعه آزمایشی در حدود ۴.۲ کلوین، یا تقریباً ۲۶۹- درجه سانتیگراد کار میکرد، که این رویکرد را برای کامپیوترهای معمولی نامناسب میسازد. کاربردهای بالقوه آن بیشتر در محاسبات برودتی، از جمله سیستمهای محاسبات کوانتومی که در دماهای مشابه پایین کار میکنند، خواهد بود.

این یافتهها راهی ممکن برای ذخیره اطلاعات در این سیستمها را در حالی که انرژی مورد نیاز برای عملیات حافظه منفرد را کاهش میدهند، نشان میدهند. با این حال، این مطالعه یک تراشه حافظه عملی را نشان نمیدهد یا ثابت نمیکند که یک کامپیوتر کامل برق کمتری مصرف میکند. تحقیقات بیشتر برای تعیین اینکه آیا این رویکرد میتواند در مقیاس در سیستمهای محاسباتی ادغام شود و آیا هرگونه صرفهجویی در انرژی بر هزینههای خنکسازی و راهاندازی سیستم غلبه خواهد کرد، مورد نیاز خواهد بود.