原子也能存储数据

来源:用户上传      作者: 本刊编辑部

　　目前世界上最小的磁性数据储存单元仅由12个原子构成，整个字节可以被压缩在96个原子之中，存储体积大的缩小，是全球信息储存方面的一个巨大进步。它不是量子计算机，而是量子尺度上的一个计算机存储单元。相比之下，现代硬盘驱动记录一比特数据大概使用上百万原子，而记录一字节数据要使用5亿原子。
　　到目前为止，人们仍不清楚需要多少原子才能构建一个稳定、持久的存储位――电脑能够理解的基础信息单元。美国IBM公司以及德国自由电子激光科学中心的研究人员决定从零开始，以单个原子为基础，构建一种磁性存储位。他们使用扫描隧道显微镜，对铁原子进行常规模式排列，6个一列。他们发现，两列就能稳定地储存一个比特，而8对这样的排列就能储存一个字节。
　　实验中，数据是利用扫描隧道显微镜按比特写入和读取的，所以，这类存储位不可能很快就可以写入整合到硬盘。但是，IBM公司阿尔马登研究中心原子储存首席研究员Andreas Heinrich说，它将能回答一些经典力学体系的基本问题。Heinrich也是一篇介绍这种微型存储位的最新文章的作者。他的团队对这种量子力学到经典力学的过渡很感兴趣。
　　Heinrich在采访中谈到：“如果面对单个原子，你就要用量子力学来描述它的行为。如果能将单原子体系不断放大，数个铁原子就开始‘相互交谈’，在达到一定临界点后，你就可以忽略它们的量子运动，仅将它们当做经典磁性结构来考虑。”实验证明，这个临界点大约是12个原子。
　　“许多人认为，我一定会用量子力学体系去描述这些结构。这是最让我感到惊讶的事情。”Heinrich继续说道。
　　在最小尺度上，量子效应会使储存信息模糊不清。Heinrich表示，举例来说，利用6个原子的存储位会转换磁性状态，从0到1，每秒大约1000次。这对于数据储存来说太过于频繁，不可用于存储数据。而8个原子则每秒转换状态1次。但是，12个原子就极少会转换其状态，可以用于储存数据，而外部磁场（在本文介绍的实验中，即扫描隧道显微镜）的影响会改变它们的状态。纳米磁体只能在5开尔文摄氏度或者零下450华氏摄氏度下保持稳定。
　　该论文的另外一个突破就是，存储位的反磁性。这标志着反磁性首次被应用于数据储存。铁磁体在大部分现代数据存储和其他方面得以应用，它利用铁原子间的磁性相互作用，使所有原子朝一个方向排列。如此便创造出一个磁场，可以读取出来。
　　然而，在最微型的尺度上，这种做法却成了一个问题。因为，紧密压缩的磁性存储位可以彼此相互作用，这成为人们降低数据储存系统尺度的限制。但是，新型的12原子存储位使用反磁性，原子以相反方向排列，这意味着它们以相反的方向旋转。Heinrich说，铁原子被氮原子隔离开来，利用扫描隧道显微镜诱导它们以不同方式旋转。这可以使它们之间压缩得更紧密一些，大大提高了储存密度。
　　研究人员对存储位的磁性状态进行了5次转换，储存“think”这个单词的ASCII 码。“think”是“蓝色巨人”IBM公司的一个口号。
　　Sebastian Loth是这篇论文的首席作者。他在2011年9月份离开IBM公司，到德国自由电子激光科学中心工作。他说，12原子存储位在量子尺度上对经典计算处理提出了很多新问题。
　　Loth说道：“我们可以利用这个特性去研究，量子力学究竟是如何起作用的。是什么将量子磁体与经典磁体区分开来？在量子力学与经典力学的交界处，磁体特性如何？这些令人兴奋的问题很快就会有答案了。”
　　撰稿：Rebecca Boyle
　　

转载注明来源:https://www.xzbu.com/3/view-1642780.htm