Учёные из Токийского университета совместно с институтом RIKEN показали новый квантовый переключающий элемент, который может стать одним из направлений развития вычислительной техники после классических транзисторов. В отличие от обычной электроники, где информация кодируется движением электрического заряда, этот прототип использует спин электрона — квантовое свойство, которое можно переключать намного быстрее и с меньшими потерями энергии.
Транзисторы остаются основой современных процессоров, но у кремния есть физические ограничения. Чем быстрее и плотнее работают микросхемы, тем больше тепла они выделяют. Для дата-центров, ИИ-ускорителей и серверов это становится огромной проблемой: растёт энергопотребление, усложняется охлаждение, а дальнейшее ускорение становится всё труднее.
Японский прототип, названный энергонезависимым квантовым переключающим элементом, показал перезапись одного бита примерно за 40 пикосекунд. Для сравнения, современные кремниевые решения обычно работают на уровне около одной наносекунды. Также исследователи смогли переключить элемент за 60 пикосекунд с помощью ультракороткого лазерного импульса.
Устройство создано на основе тонких слоёв тантала и антиферромагнитного сплава марганца и олова. Благодаря спин-орбитальному крутящему моменту импульс меняет магнитное состояние материала, а данные сохраняются даже без питания. Это делает технологию потенциально интересной для энергонезависимой памяти нового поколения.
Особенно впечатляет живучесть: элемент выдержал более 100 миллиардов циклов без заметной деградации. Но важно понимать: пока это лабораторное доказательство концепции, а не готовый коммерческий чип. Учёным ещё предстоит избавиться от внешнего магнитного поля и создать интегральную микросхему. Первый рабочий прототип они хотят получить примерно к 2030 году.
Если технология дойдёт до массового производства, она может снизить энергопотребление дата-центров и ИИ-систем, а также стереть границу между оперативной памятью и постоянным хранилищем.
