Компьютеры, сердцем которых являются процессоры, сделанные из крошечных магнитов, могут появиться в далеком или не далеком будущем, в случае, если будут разработаны соответствующие технологии. При этом эффективность этих компьютеров, с точки зрения потребления энергии, будет приближаться к минимуму, к пределу, определенному существующими законами физики, в первую очередь вторым законом термодинамики. А низкое энергопотребление подобных компьютеров сделало бы их идеальными кандидатами на использование в качестве мобильных устройств, в космосе и в океанских глубинах, там, где на счету каждый ватт имеющейся энергии.

Обычные компьютеры обрабатывают информацию, заставляя передвигаться электроны по проводникам и элементам их электронных схем. И хотя электрон имеет микроскопическую массу, для его перемещения требуется некоторое, достаточно ощутимое, количество энергии. Поэтому даже самые совершенные микропроцессоры используют гораздо больше энергии, чем теоретически требуется для выполнения вычислений.

Этот теоретический энергетический предел был установлен в 1961 году физиком компании IBM Рольфом Ландауэром (Rolf Landauer), который утверждал, что любое изменение одного бита информации всегда будет требовать определенного количества энергии, которая, в конечном счете, будет выделяться в виде тепла. Ландауэр так же выдвинул предположение, что даже вне зависимости от принципов построения компьютера, любое изменение информации не может быть произведено без затрат энергии. Но большинство современных компьютеров пожирает в миллион раз больше энергии, чем количество энергии, определяемое порогом Ландауэра.

Наномагнитные чипы изготовлены из материала, представляющего собой крошечные магниты в виде прямоугольников, упорядоченные в виде прямоугольной сетки. Каждый такой наномагнит имеет размеры порядка 100 нанометров, а значение записанной в нем информации хранится в виде направления полюсов этого магнита. Поскольку магниты являются очень маленькими, их можно располагать достаточно близко друг к другу таким образом, что бы обеспечить взаимодействие их магнитных полей. Обработка и передача информации происходит без любых физических изменений элементов этого чипа.

«Магнитные системы уникальны тем, что в них нет никаких движущихся частей» – рассказывает инженер-электрик Брайан Лэмбсон из Калифорнийского университета в Беркли. – «А движущиеся части – это именно то, что потребляет и рассеивает энергию в физических системах, независимо от того, что перемещается, электроны или части механизмов».

Технологии чипов с наномагнитным строением находятся еще в «младенческом» возрасте, они еще весьма далеки от максимальной оптимальности и теоретической эффективности. Но команда Лэмбсона проведя ряд экспериментов и моделирований на компьютере, выяснила, что для работы наномагнитного чипа для изменения магнитных полей и информации требуется совсем незначительная энергия, количество которой приближается к пределу или порогу Ландауэра.

«Мы были сильно удивлены тем, насколько точно рассчитал это значение Рольф Ландауэр» – сказал по тому поводу Лэмбсон.

Но вполне вероятно, что предел Ландауэра отображает наше современное понимание законов физики и не является фактическим ограничением предела эффективности вычислительных систем.

«Аргументы Ландауэра все еще несколько спорны» – рассказывает Вольфганг Пород (Wolfgang Porod), ученый из университета Нотр-Дама, пионер области наномагнитной логики. – «С устройствами, становящимися все меньше и меньше, все эти аргументы пятидесятилетней давности могут потерять свой нынешний вес».