Виртуально не требующие энергии сверхбыстрые вычисления на базе световых импульсов

Учеными создана сверхбыстрая обработка данных с использованием световых импульсов вместо электричества.

Изобретение использует магниты для записи компьютерных данных, которые потребляют практически нулевую энергию, решая дилемму о том, как создавать более высокие скорости обработки данных без сопутствующих высоких энергетических затрат.

Современные серверы в ЦОД расходуют от 2 до 5% мирового потребления электроэнергии, выделяя тепло, которое, в свою очередь, требует больше энергии для охлаждения серверов.

Проблема настолько остра, что Microsoft даже затопила сотни своих центров обработки данных в океане, пытаясь сохранить их холодными и сократить расходы.

Большинство данных кодируются в виде двоичной информации (0 или 1 соответственно) посредством ориентации спинов электронов в магнитных жестких дисках. Магнитная головка для чтения / записи питается электрическим током и рассеивает огромное количество энергии.

Теперь международная команда решила эту проблему, заменив электричество чрезвычайно короткими световыми импульсами - длительностью одна триллионная секунды, сконцентрированными специальными антеннами на вершине магнита.

Этот новый метод является сверхбыстрым и в то же время настолько энергоэффективным, что температура магнита вообще не увеличивается.

В состав команды входят доктор Ростислав Михайловский из Университета Ланкастера, Стефан Шлаудерер (Stefan Schlauderer), д-р Кристоф Ланге (Christoph Lange) и проф. Руперт Хубер (Rupert Huber) из Регенсбургского университета, проф. Алексей Кимель из Университета Неймегена и проф. Анатолий Звездин из Российской академии наук.

Они продемонстрировали этот новый метод путем облучения магнита сверхкороткими световыми импульсами (длительностью одна триллионная доли секунды) на частотах в дальнем инфракрасном диапазоне, так называемом терагерцовом спектральном диапазоне.

Однако даже самые сильные из существующих источников терагерцового света не давали достаточно мощных импульсов для переключения ориентации магнита на сегодняшний день.

Прорыв был достигнут благодаря использованию эффективного механизма взаимодействия между спинами и терагерцовым электрическим полем, который был открыт той же командой.
Затем ученые разработали и изготовили очень маленькую антенну поверх магнита, чтобы сконцентрировать и тем самым усилить электрическое поле света. Это сильнейшее локальное электрическое поле было достаточным для того, чтобы намагничивать магнит до его новой ориентации всего за одну триллионную секунды.

Температура магнита вообще не увеличивалась, так как для этого процесса требуется энергия только одного кванта терагерцового света - фотона - на спин.

Д-р Михайловский сказал: «Рекордно низкие потери энергии делают этот подход масштабируемым. Перспективные запоминающие устройства также будут использовать превосходное пространственное определение антенных структур, обеспечивающее практическую магнитную память с одновременным максимальным энергопотреблением и скоростью».

Он планирует провести дальнейшие исследования с использованием нового сверхбыстрого лазера в Университете Ланкастера вместе с ускорителями в Институте Кокрофта, которые способны генерировать интенсивные световые импульсы, позволяющие переключать магниты и определять практические и фундаментальные пределы скорости и энергии магнитной записи.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365