Mod nye IT -enheder med stabile og transformerbare solitons

Uundgåeligt, hver digital information, vi sender rundt om i verden, er tilbøjelig til at gå tabt. Rejser lange veje i ledninger, det indledende signal forfalder og spredes ved at støde sammen med urenheder og tilstødende elektromagnetiske felter. Derfor, ud over hver bit af din ønskede besked, det er nødvendigt at sende andre skjulte informationsstykker, der kontrollerer fejl og tager handling i tilfælde af tab; mens enheder bliver mindre og mindre, dette spørgsmål bliver mere betydningsfuldt. Forskere ved Center for Artificial Low Dimensional Electronic (CALDES), inden for Institute for Basic Science (IBS) sigter mod at finde innovative måder at opnå en mere stabil overførsel af information. En af deres forskningsinteresser fokuserer på selvforstærkende ensomme bølgepakker kaldet solitons, som er stabile uanset omgivelserne. I deres seneste papir demonstrerede de, at solitons kan manipuleres og skitseres, hvordan de bruges til logiske operationer. Deres eksperimenter og modeller er offentliggjort i Naturfysik og bane vejen til et nyt elektronikfelt:Solitonics.

Fysikere ved, at en mulig løsning på spørgsmålet om signaldæmpning eller støj på grund af eksterne forstyrrelser kan komme fra et matematisk begreb kaldet topologi. Det er relateret til ejendomme, der ikke påvirkes af en formændring. For eksempel, tro det eller ej, en kugle og en blyant er topologisk de samme, men forskellig fra en doughnut. Dette er fordi, med lidt fantasi, du kan forme bolden i blyantens form. Imidlertid, når du laver et hul i bolden, det bliver et helt andet topologisk objekt. Huller definerer den topologiske tilstand, de kan bevæge sig inden i materialet, men deres antal ændrer sig ikke selv under tilstedeværelse af skubbe- og trækkræfter. Et lignende koncept kunne bruges i IT til at beskytte informationsstrømmen mod eksterne forstyrrelser og urenheder og garantere dens stabilitet over længere afstande og tid. Det lyder som en fantastisk ejendom, men paradoksalt nok, det er også sin egen største fjende:Den overførte information er for stabil, på en måde, så det faktisk er for svært at ændre og bruge. Det syntes at være den sørgelige slutning på historien, indtil IBS -forskere demonstrerede en måde at manipulere det transmitterede signal og muligvis anvende det på moderne elektronik.

En af nøglekomponenterne i fysikken i det topologiske system er soliton, en ekstremt stabil enslig bølgepakke med energi, som bevæger sig gennem nogle 1D -materialer uden at miste sin form og energi, lidt som en tsunamibølge. Forskere begyndte at studere topologiske solitons i 80'erne, men blev afskrækket af den tilsyneladende umulighed at manipulere dem.

Sidste år, IBS -forskere undersøgte egenskaberne af solitoner på en dobbeltkæde af indiumatomer placeret på toppen af ​​en siliciumoverflade, og de fandt ud af, at solitons kunne eksistere i tre former. "I topologisk forstand, det er som at have en doughnut med mange huller, hvor hvert hul kan have tre forskellige former svarende til de tre typer solitons, "forklarer YEOM Han Woong, den førende forfatter til denne undersøgelse. "Fysikere plejede at arbejde med solitons (huller) af samme type, og de operationer, du kunne udføre med dem, var begrænsede, men nu har vi en større chance for at lege med dem. "

I denne nye undersøgelse, Yeom og hans team beviste, eksperimentelt, at det er muligt at skifte mellem disse solitons. De observerede, at når to solitons mødes, de resulterer i en anden soliton, med andre ord fandt de ud af, at solitons kan transformeres, og alligevel forbliver immun over for mediets defekter. "Indtil videre kan solitons kun skabes eller ødelægges i par, ingen andre manipulationer var mulige, men vi viste, at disse solitons kan skiftes fra en til en anden, og endda brugt til logiske operationer ", fortsætter Yeom.

Disse tre typer solitons kan også repræsenteres med cifre (1, -1 og 2) og betingelsen uden solitons som nul (0), skabe et kvaternært matematisk system. De fire cifre kan derefter bruges til matematiske beregninger.

Kvaternære cifersystemer, og multidigit -systemer generelt, har flere fordele i forhold til det binære (0, 1) system, som vi i øjeblikket bruger. De tillader flere operationer og informationslagring på mindre plads, og de kan bringe os et skridt tættere på hjernelignende enheder, som efterligner måden, hvorpå oplysninger beregnes og lagres af vores neuronale kredsløb.

Åbner et nyt felt inden for elektronik, kaldet solitonics, IBS -forskere forestiller sig ny generation af it -enheder, der kombinerer silicium og solitons. "Vi bruger solitoner, der rejser i indiumatomer på en siliciumoverflade, og vi forestiller os, at denne struktur, der kunne implementeres i nuværende silicium -enheder, oprettelse af hybridsystemer, "forklarer KIM Tae-Hwan, første forfatter til denne undersøgelse.