Для того, чтобы сделать компьютеры более скоростными требуется увеличение скорости работы транзисторов, крошечных электронных выключателей, из которых состоят все фундаментальные стандартные логические блоки микропроцессоров. Используя современные кремниевые транзисторы можно добиться производительности в миллиарды вычислений в секунду, но для того, чтобы получить триллионы вычислений в секунду, потребуются другие подходы и совершенно иные материалы. В настоящее время многие группы ученых проводят исследования и эксперименты в этом направлении, разрабатывая сверхскоростные полупроводниковые ключи, разработка которых, в конечном счете, должна привести к тому, что в будущем на столе у каждого из нас появится свой собственный суперкомпьютер.
Материал, который использовали для создания сверхскоростных ключей исследователи из Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC американского Министерства энергетики, является магнетитом, одним из видов магнитных материалов, используемых для записи информации на магнитные диски и ленты. Во время экспериментов ученые освещали образец материала лазерным светом с определенным набором характеристик, что заставило электроны атомов материала занять одно из двух энергетических состояний. Когда электроны магнетита находятся в одном из этих состояний, материал способен пропускать через себя электрический ток, в другом состоянии электронов этот же материал является диэлектриком. Эти два состояния электронов необходимы для того, чтобы получить двоичный код, являющийся последовательностью логических 0 и 1, которые составляют основной «алфавит» языка, на котором «думают и общаются» практически все компьютеры.
Электроны, находящиеся в двух различных состояниях, сформировали на поверхности магнетита небольшие «островки» не проводящие электрический ток, окруженные областями, имеющими электрическую проводимость. После этого ученые «выстрелили» по данной области испытуемого образца магнетита чрезвычайно коротким импульсом рентгеновского излучения, что позволило не только перевести магнетит из проводящего в непроводящее состояние, но и с высокой точностью измерить время, требующееся материалу для совершения такого переключения. Оказалось, что магнетиту для переключения требуется одна миллиардная от одной миллиардной доли секунды, что во много раз короче времени, требующегося для переключения кремниевого транзистора.
Хотя проведенные эксперименты и показали, что магнетит является подходящим материалом для создания сверхскоростных ключей, у этого материала имеется ряд существенных недостатков. Первым недостатком является то, что он демонстрирует свои высокоскоростные свойства при температурах ниже -190 градусов по шкале Цельсия. А то, что для переключения материала требуется лазерный свет и рентгеновское излучение, делает его совершенно непрактичным для его использования в обычной вычислительной технике. Следующими шагами, которые собираются сделать ученые в ближайшее время, являются поиски способа заставить работать этот материал при комнатной температуре. Хотя, возможно, в ходе этих исследований будет обнаружен другой материал, который будет работать лучше магнетита, не требуя низких температур и экстремальных методов управления.
Следует отметить, что, несмотря на невозможность практического применения результатов, эти исследования являются лишь отправной точкой, которая дает ученым указание направления, в котором им необходимо работать дальше. И, может быть, благодаря этим исследованиям вскоре будет найден подходящий материал, который заменит кремний в микропроцессорах и благодаря которому будущие обычные персональные компьютеры смогут потягаться по вычислительной мощности с самыми быстрыми из современных суперкомпьютеров.
