p Cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, demonstraram experimentalmente um novo produto criogênico, ou baixa temperatura, projeto de circuito de célula de memória com base em matrizes acopladas de junções Josephson, uma tecnologia que pode ser mais rápida e mais eficiente em termos de energia do que os dispositivos de memória existentes. Se dimensionado com sucesso, este tipo de matriz de memória criogênica pode promover uma variedade de aplicações, incluindo computação quântica e exascale. p "Em nosso design, tentamos um caminho fundamentalmente diferente que emprega pequenos, matrizes acopladas indutivamente de junções Josephson, "disse Yehuda Braiman da Divisão de Engenharia e Ciências Computacionais do ORNL." Se dimensionado, essas matrizes de células de memória podem ser ordens de magnitude mais rápidas do que as memórias existentes, consumindo muito pouca energia. "

p As células são projetadas para operar em temperaturas superfrias e foram testadas em apenas 4 Kelvin acima do zero absoluto, cerca de 452 graus Fahrenheit negativos. Em condições tão frias, os átomos ficam mais lentos e certos materiais perdem resistência ao fluxo de eletricidade, tornando-se supercondutores. Como os supercondutores não têm resistência ao fluxo elétrico, eles perdem uma quantidade quase insignificante de energia como calor.

p Embora a promessa de construir mais rápido, computadores com maior eficiência energética baseados nesses princípios de tecnologia criogênica têm atraído pesquisadores por décadas, construir memórias criogênicas confiáveis, "as partes dos computadores que armazenam informações para funções básicas de computação, há muito tempo é um obstáculo.

p Um design diferente

p O design desenvolvido por ORNL se desvia das tecnologias de memória criogênica existentes porque suas células de memória, as partes localizadas do circuito que contêm um dígito binário de zero ou um, conhecido como um "bit" de informação, são operados usando três junções Josephson acopladas indutivamente.

p As junções Josephson são dispositivos elétricos criogênicos bem estabelecidos que podem aproveitar o fluxo magnético para armazenar dados. O design ORNL, que emprega um pequeno número dessas junções, poderia oferecer vantagens sobre algumas das células de memória de baixa temperatura recentemente estudadas. Muitas dessas tecnologias se apóiam em um tipo de lógica digital chamada quantum de fluxo único, ou SFQ. Outros são baseados em junções magnéticas de Josephson, que ainda representam alguns desafios de fabricação para aplicativos de memória criogênica.

p "As pessoas procuram algo diferente, "Braiman disse." Estamos usando junções típicas, que não requerem nenhum projeto de fabricação particular. É um princípio inerentemente diferente que faz a célula funcionar. "

p Unicamente, seu design ternário permite todas as operações básicas de memória — ler, escrever e redefinir - a ser implementado na mesma célula de junção de três Josephson. Esta capacidade pode ajudar a adicionar estabilidade enquanto economiza espaço e energia conforme os circuitos das células são dimensionados em matrizes maiores, uma etapa que causou problemas para as tecnologias existentes.

p "O mecanismo no qual todos esses tipos [existentes] de circuitos criogênicos são baseados é fundamentalmente instável, "disse Niketh Nair, um pesquisador de pós-doutorado no ORNL que trabalhou no design. "Quando você escala esses circuitos, a instabilidade que existe nesses sistemas pode atingir um ponto crítico. "

p Confirmação de projeto

p Para confirmar a viabilidade de seu novo design, a equipe ORNL testou em conjunto os circuitos de células com SeeQC, uma empresa de tecnologia supercondutora. Os cientistas da SeeQC fabricaram o design ORNL em chips de 5 por 5 milímetros - aproximadamente o diâmetro de uma borracha de lápis padrão - com circuitos em cada canto.

p Os chips foram montados em um longo poste, chamada de sonda criogênica, conectado por fios a um computador desktop em temperatura ambiente. Os cientistas mergulharam os chips em um recipiente especializado cheio de hélio líquido para resfriar o circuito a uma temperatura de 4 Kelvin. De acordo com os procedimentos de teste direcionados por ORNL, eles então enviaram pulsos elétricos do computador em temperatura ambiente para testar a função de memória das células.

p Testes de projetos de quatro circuitos de células com especificações ligeiramente diferentes demonstraram não apenas que as células funcionam, mas também que funcionam de forma robusta e operam em uma gama mais ampla de parâmetros experimentais do que a equipe havia inicialmente imaginado.

p Esta confirmação vem três anos após a equipe ORNL, que inclui Braiman, Nair e Neena Imam, originalmente analisou e simulou a lógica do projeto de células de memória criogênica em artigos publicados em Ciência e tecnologia do supercondutor e Revisão Física E .

p Embora os pesquisadores estivessem animados para confirmar suas previsões, eles são cautelosos ao dizer que seus resultados iniciais levarão a um avanço. "O que foi demonstrado é no nível de uma única célula, "disse Braiman." O que interessa às pessoas são matrizes muito grandes de células de memória. "

p Como uma próxima etapa, a equipe ORNL trabalhará para implementar suas células em matrizes cada vez maiores e projetos de teste usando equipamento de teste criogênico que o laboratório adquiriu recentemente. A nova configuração do laboratório permitirá pesquisas futuras no local de tecnologias criogênicas.