Физики из Университета Юты, Университета штата Флорида (США) и Университетского колледжа Лондона (Великобритания) создали элемент памяти на ядерных спинах, который сохраняет записанное значение на длительное время.

Продемонстрированный вид памяти выгодно отличается от конкурентов удобным электрическим способом считывания. Соответствующую методику авторы разработали ещё в 2006 году, в ходе экспериментов со спинами электронов атомов фосфора, заключённых в кремниевом образце. Однако быстро меняющиеся электронные спины не могли обеспечить нужное время хранения данных.

В новых опытах использовалась кремниевая пластина размером 1×1 мм², содержащая около 10¹⁰ атомов донорной примеси 31P. Образец был соединён с источником тока и осциллографом и находился в охлаждаемом до 3,2 К контейнере.

Рис. 1. Кремниевый образец (фото C. Dane McCamey / University of Utah).

Сначала учёные задавали единое спиновое состояние электронов фосфора, включая внешнее магнитное поле с индукцией в 8,59 Тл. Затем устанавливали требуемое направление спинов, используя импульсы электромагнитного излучения с частотами, близкими к терагерцевым, и «передавали» эти данные ядрам фосфора с помощью радиоизлучения. Здесь информация хранилась в течение 100 и более секунд; определённое по результатам измерений среднее значение оказалось равно 112 с.

Считывание шло в обратном направлении (то есть на первом этапе применялись радиоволны, а потом — терагерцевое излучение), причём отличие состояния «1» от состояния «0» выражалось вариацией электрического тока. В процессе хранения эту операцию можно повторять многократно, не опасаясь за сохранность данных.

В будущем учёные планируют уменьшить число задействованных в эксперименте ядер. Дело в том, что методика, предполагающая считывание «коллективных» спинов, подошла бы для классических компьютеров, но использовать её на практике невозможно: требуются мощные магнитные поля и чрезвычайно низкая температура. В случае квантовых компьютеров такие требования не выглядят невыполнимыми, но элементами памяти здесь должны быть отдельные ядра.

Полная версия отчёта опубликована в статье:

D. R. McCamey, J. Van Tol, G. W. Morley and C. Boehme Electronic Spin Storage in an Electrically Readable Nuclear Spin Memory with a Lifetime >100 Seconds.  – Science 17 December 2010: Vol. 330 no. 6011 pp. 1652–1656 DOI: 10.1126/science.1197931.