Поділіться цією новиною!

народжується

Це показали експерименти в Інституті хімічної фізики Польської академії наук у Варшаві, які поставили хімію на рівень традиційних обчислень, де дані зберігаються в бітах, або квантових обчислень, де вони зберігаються в qbits. Дослідження опубліковано в Physical Chemistry Chemical Physics.

Конрад Гіжинський та Єжи Горецький з Інституту фізичної хімії Польської академії наук (IPC PAS) у Варшаві продемонстрували робочу пам'ять на основі хімічних явищ. Тут один долот зберігається у трьох сусідніх краплях, між якими фронти хімічної реакції поширюються постійно, циклічно і строго певним чином.

Хімічною основою цієї форми пам'яті є реакція Бєлоусова-Жаботинського (БЗ). Хід реакції коливальний. Коли один цикл закінчується, реагенти, необхідні для початку наступного циклу, відновлюються у розчині. До того, як реакція зупиниться, зазвичай відбувається кілька десятків-сотень коливань. Вони супроводжуються регулярною зміною кольору розчину, спричиненою фероїном, каталізатором реакції.

Другим каталізатором, який використовували варшавські дослідники, був рутеній. Введення рутенію призводить до того, що реакція BZ стає світлочутливою: коли розчин освітлюється синім світлом, він перестає коливатися. Ця особливість дає можливість контролювати хід реакції.

"Наша ідея щодо хімічного зберігання інформації була простою. З наших попередніх експериментів ми знали, що коли краплі Бєлоусова-Жаботинського контактують, хімічні фронти можуть поширюватися від краплі до краплі. Тому ми вирішили шукати системи менші краплі, в яких збудження могли відбуватися різними способами, принаймні два були стабільними. Потім ми можемо присвоїти послідовність збуджень логічному значенню 0, іншому - 1, і для того, щоб перемикатися між ними та змусити певну зміну стану пам'яті, ми могли б використовувати світло ", пояснює професор Горецький.

Експерименти проводились у контейнері, заповненому тонким шаром ліпідного розчину в олії. У систему додавали невеликі кількості коливальних розчинів з краплями, утвореними піпеткою. Вони були розміщені на кінцях оптичних волокон, підведених до основи контейнера. Щоб запобігти сповзанню крапель з оптичних волокон, кожна з них була іммобілізована кількома стрижнями, що виступали з основи контейнера.

Як кульмінацію своїх тестів дослідники спостерігали триплети сусідніх крапель, розташованих у трикутнику, в яких вони контактували між собою. Хімічні фронти можуть поширюватися тут різними способами: краплі можуть коливатися одночасно в антифазі, дві краплі можуть коливатися одночасно і змушувати коливання в третій і т.д. Дослідників найбільше цікавили режими обертання, при яких хімічні фронти переходили від краплі до краплі в послідовності 1-2-3 або в зворотному напрямку (3-2-1).

Крапля, в якій реакція Бєлоусова-Жаботинського швидко протікає, збуджується, але потребує набагато більше часу, щоб повернутися до початкового стану, і лише тоді вона може знову збуджуватися. Отже, якби в режимі 1-2-3 збудження досягло падіння три занадто швидко, воно не досягло б падіння, щоб розпочати новий цикл, тому що краплі не було б достатньо часу, щоб «відпочити». Як результат, режим обертання зникне. Дослідників цікавили лише режими обертання, здатні багаторазово повторювати цикл збудження. Вони мали додаткову перевагу: хімічні фронти, які циркулюють між краплями, нагадують спіральну хвилю, і хвилі цього типу характеризуються більшою стійкістю.

"Насправді наш хімічний біт має трохи вищий потенціал, ніж класичний біт. Режими обертання, які ми використовували для запису нульового та одного станів, мали найкоротші періоди коливань відповідно 18,7 та 19,5 секунди. Так, система коливалась повільніше, можна було говорити додаткового третього логічного стану ", - прокоментував Гізинський, який зазначив, що цей третій стан може бути використаний, наприклад, для перевірки точності реєстру.