Розробка нових надшвидкісних електронних ключів дозволить кожному в майбутньому поставити суперкомп'ютер собі на стіл
Для того, щоб зробити комп'ютери більш швидкісними потрібне збільшення швидкості роботи транзисторів, крихітних електронних вимикачів, з яких складаються всі фундаментальні стандартні логічні блоки мікропроцесорів. Використовуючи сучасні кремнієві транзистори можна досягти продуктивності в мільярди обчислень в секунду, але для того, щоб отримати трильйони обчислень в секунду, потрібні інші підходи й зовсім інші матеріали. В даний час багато групи вчених проводять дослідження та експерименти в цьому напрямку, розробляючи надшвидкісні напівпровідникові ключі, розробка яких, у кінцевому рахунку, повинна привести до того, що в майбутньому на столі у кожного з нас з'явиться свій власний суперкомп'ютер.
Матеріал, який використовували для створення надшвидкісних ключів дослідники з Національної лабораторії лінійних прискорювачів SLAC американського Міністерства енергетики, є магнетитом, одним з видів магнітних матеріалів, використовуваних для запису інформації на магнітні диски і стрічки. Під час експериментів вчені висвітлювали зразок матеріалу лазерним світлом з певним набором характеристик, що змусило електрони атомів матеріалу зайняти одне з двох енергетичних станів. Коли електрони магнетиту знаходяться в одному з цих станів, матеріал здатний пропускати через себе електричний струм, в іншому стані електронів цей же матеріал є діелектриком. Ці два стани електронів необхідні для того, щоб отримати двійковий код, який є послідовністю логічних 0 та 1, які складають основний "алфавіт" мови, на якому "думають і спілкуються" практично всі комп'ютери.
Електрони, що знаходяться в двох різних станах, сформували на поверхні магнетиту невеликі острівці, що не проводять електричний струм, оточені областями, що мають електричну провідність. Після цього вчені "вистрілили" по даній області випробуваного зразка магнетиту надзвичайно коротким імпульсом рентгенівського випромінювання, що дозволило не тільки перевести магнетит з провідного в непроводящее стан, але і з високою точністю виміряти час, потрібний матеріалу для здійснення такого переключення. Виявилося, що магнетиту для перемикання потрібна одна мільярдна від однієї мільярдної частки секунди, що у багато разів коротше часу, потрібного для перемикання кремнієвого транзистора.
Хоча проведені експерименти показали, що магнетит є підходящим матеріалом для створення надшвидкісних ключів, у цього матеріалу є ряд істотних недоліків. Першим недоліком є те, що він демонструє свої швидкісні властивості при температурах нижче -190 градусів за шкалою Цельсія. А те, що для перемикання матеріалу потрібно лазерний світло і рентгенівське випромінювання, що робить його абсолютно непрактичним для використання в звичайної обчислювальної техніки. Наступними кроками, які збираються зробити вчені найближчим часом, є пошуки способу змусити працювати цей матеріал при кімнатній температурі. Хоча, можливо, в ході цих досліджень буде виявлений інший матеріал, який буде працювати краще магнетиту, не вимагаючи низьких температур і екстремальних методів управління.
Слід зазначити, що, незважаючи на неможливість практичного застосування результатів, ці дослідження є лише відправною точкою, яка дає вченим вказівка напрямку, в якому їм необхідно працювати далі. І, може бути, завдяки цим дослідженням незабаром буде знайдений відповідний матеріал, який замінить кремній в мікропроцесорах і завдяки якому майбутні звичайні персональні комп'ютери зможуть позмагатися за обчислювальної потужності з найшвидшими з сучасних суперкомп'ютерів.