Phát hiện vật liệu mới giúp tăng tốc máy tính hơn 400 lần

Lần đầu tiên trên thế giới, một nhóm các nhà nghiên cứu từ TU Delft đã chứng minh một chất siêu dẫn một chiều với điện trở bằng không, có thể chặn bất kỳ dòng điện nào đi theo hướng ngược lại. Đó là một cơ hội rất thực tế và có thể tạo ra một cuộc "cách mạng hóa tập trung và siêu máy tính". Phát hiện này có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể trong khi lại tăng tốc máy tính nhanh hơn tới 400 lần.

Phó giáo sư Mazhar Ali và một nhóm tại TU Delft đã công bố nghiên cứu mới của họ, phác thảo cách nghiên cứu về điốt siêu dẫn có thể thúc đẩy lĩnh vực máy tính vượt bậc.

Chất siêu dẫn có tiềm năng làm cho các thiết bị điện tử nhanh hơn hàng trăm lần, đồng thời loại bỏ thất thoát năng lượng. Tuy nhiên, theo truyền thống thì từ trường được yêu cầu để ngăn chúng dẫn theo mọi hướng, có nghĩa là chúng không thực tế đối với máy tính cổ điển.

Nhóm TU Delft đã cung cấp một phương pháp thay thế để điều khiển hướng dòng điện trong chất siêu dẫn không có nam châm. Họ đã sử dụng một vật liệu lượng tử mới, được phát triển bởi một nhóm vật lý vật liệu tại Đại học Johns Hopkins có tên là Nb3Br8. Tương tự Graphene, vật liệu này rất mỏng về mặt nguyên tử. Điều quan trọng nhất là trên lý thuyết, nó có lưỡng cực điện của riêng mình.

Nhóm nghiên cứu cũng tạo ra cái gọi là "Các điểm giao nhau của vật liệu lượng tử Josephson", với hai chất siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp Nb3Br8. Giáo sư Ali nói "Chúng tôi có thể bóc một vài lớp nguyên tử của Nb3Br8 này, tạo ra một chiếc bánh sandwich rất mỏng - chỉ dày vài lớp nguyên tử - cần thiết để tạo ra diode Josephson, và không thể làm được với vật liệu 3D thông thường. Nhiều công nghệ dựa trên các phiên bản cũ của chất siêu dẫn JJ, chẳng hạn như công nghệ MRI. Ngoài ra, tính toán lượng tử ngày nay dựa trên Josephson Junctions - công nghệ trước đây chỉ có thể sử dụng chất bán dẫn - giờ đây có thể được tạo ra với chất siêu dẫn bằng cách sử dụng khối xây dựng này. Điều này sẽ tạo ra những máy tính chạy nhanh hơn, chẳng hạn như máy tính có tốc độ lên tới terahertz, tốc độ nhanh gấp 300 đến 400 lần so với máy tính chúng ta đang sử dụng. Điều này sẽ ảnh hưởng đến tất cả các loại ứng dụng xã hội và công nghệ. Nếu thế kỷ 20 là thế kỷ của chất bán dẫn thì thế kỷ 21 có thể trở thành thế kỷ của chất siêu dẫn. "

Các nhà khoa học cũng đã tạo ra nhiều thiết bị khác nhau để kiểm tra chất siêu dẫn JJ của họ, lần nào cũng phát hiện ra nó cho phép dòng điện một chiều rất mạnh mà không cần sử dụng từ trường. Tuy nhiên, có một trở ngại mà các nhà nghiên cứu cần vượt qua là câu hỏi về khả năng sử dụng chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Các thử nghiệm cho đến nay đã được tiến hành với nhiệt độ cực kỳ lạnh (dưới 77 Kelvin (-196 ° C, -321 ° F). Nếu nhóm có thể tìm ra cách chạy chất siêu dẫn JJ ở nhiệt độ bình thường hơn, thì họ sẽ tiến gần đến bước tiếp theo, đó là điều tra xem liệu nó có thể được thu nhỏ để sản xuất hàng loạt hay không.

Các nhà nghiên cứu của TU Delft tin rằng, chất siêu dẫn của họ sẽ được sử dụng tốt nhất trong các trung tâm máy chủ và siêu máy tính. Chúng giúp mang đến lợi ích cho nhiều người nhất với chi phí rẻ nhất. Ali nói: “Cơ sở hạ tầng hiện có có thể được điều chỉnh mà không tốn quá nhiều chi phí để làm việc với thiết bị điện tử dựa trên diode Josephson. Có một cơ hội rất thực tế, nếu những thách thức được thảo luận trong câu hỏi kia được vượt qua, điều này sẽ cách mạng về tập trung hóa và tạo ra những siêu máy tính."