Ученым из Японии удалось сделать еще один шаг в разработке наномеханического компьютера. Теоретически разработанный еще пятьдесят лет назад логический узел «параметрон» воплотился в жизнь благодаря последним достижениям в области нанотехнологий и НЭМС в частности.

Имран Махбуб (Imran Mahboob) и его коллега Хироши Ямагучи (Hiroshi Yamaguchi) из лаборатории NTT Basic Research Lab в Канагаве представили новый способ механической интерпретации компьютерной логики на основе созданной ими НЭМС.

Согласно общепринятому определению, параметрон, элемент автоматики и вычислительной техники, принцип действия которого основан на особенностях параметрического возбуждения и усиления электрических колебаний.

Простейший параметрон – колебательный контур, настроенный на частоту f₀. При периодическом изменении под воздействием сигнала накачки с частотой f_n, равной примерно 2f₀, одного из энергоёмких параметров контура в нём возникает колебание с частотой, когерентное по отношению к возбуждающему колебанию.

Рис. 1. Логические состояния параметрона

При этом фаза возбуждённых в устройстве колебаний может принимать одно из двух отличающихся на 180° значений, условно обозначаемых (0, p), и сколь угодно долго находиться в этом состоянии.

Именно эта способность параметрона называется свойством квантования фазы. Параметрон как логический элемент или ячейка запоминающего устройства был запатентован в 1954 Э. Гото (Япония). На его основе были созданы счётчики, регистры, сумматоры, запоминающие устройства и системы управления ЭВМ.

Компьютеры-монстры прошлого содержали около 5000 электрических осцилляторов-параметронов, работали медленно и занимали достаточно много места. Поэтому неудивительно, что с появлением интегральных микросхем о параметронах надолго забыли.

Рис. 2. Компьютер PC-1

В основе нано-«параметрона» лежит электромеханический осциллятор. Два стабильных состояния параметрона могут играть роль логического нуля и логической единицы.

Махбуб и Ямагучи решили вернуть параметрон из забытья и миниатюризовать наномеханические осцилляторы до наноразмерного диапазона. При малых размерах логическая ячейка потребляет существенно меньше энергии, а, значит, благодаря тому область применения «параметронов» существенно расширяется.

Миниатюризованный параметрон состоит из тонкой нити микронных размеров, закрепленной между двумя электродами. Нить может свободно изгибаться в двух фиксированных положениях – «1» и «0» при прохождении тока между электродами.

Рис. 3. Параметрон, созданный японскими учеными

При этом положение, когда нить поднимается вверх, соответствует «0», а опускание нити вниз – «1».

Переключение логических состояний выполняется остановкой осциллятора и подачей на него «переключающего» колебания. При этом управляющая процедура не отличается от использованной в параметронах 50-летней давности, говорит Ямагучи.

Пока ячейка параметрона достаточно большая, поэтому скорость ее работы низка. Однако Ямагучи сообщил, что планирует уменьшить размер устройства, достигнув рабочей частоты в 100 МГц.

Кандидатами в будущие осцилляторы могут быть нанотрубки – так думают исследователи.

Пока еще рано говорить об электронных устройствах на основе параметронов, так как логическая ячейка представлена пока в виде прототипа. Но планы у Ямагучи и Махбуба достаточно оптимистичные – через три года они продемонстрируют 8-битную ячейку нано-параметронов.

Свидиненко Юрий