ذخیره‌سازی و خواندن مجدد اطلاعات از هسته‌ی اتم

پژوهشگران دانشگاه یوتا موفق به ذخیره‌سازی اطلاعاتی را به مدت ۱۱۲ ثانیه روی اسپین‌های
مغناطیسی درون هسته‌ی اتم شدن. در گام بعد محققان این اطلاعات را بازیابی کرده و
خواندند. این اتم‌ها کوچک‌ترین حافظه‌ی کامپیوتری جهان محسوب شده و این پروژه گامی
بزرگ به‌سوی ساخت کامپیوترهای کوانتومی فوق سریع است.

اسپین‌ها ابزارهای مناسبی برای ذخیره‌سازی و خواندن اطلاعات هستند؛ اما مشکلات فنی
متعددی در مسیر استفاده از آنها وجود دارد؛ دستگاه‌هایی که از اسپین هسته برای
ذخیره‌سازی استفاده می‌کنند در دمای۳٫۲ درجه کلوین کار می‌کنند که این دما بسیار به
صفر مطلق نزدیک بوده و اتم‌ها در جای خود ایستاده و تکان‌های بسیار جزئی می‌خورند؛

بنابراین برای ساخت حافظه با این فناوری، باید در دمای ۴۵۴ درجه‌ی زیر صفر فارنهایت
و درون محیط آزمایشگاه کار کرد. اولین گام در مسیر تحقیق تولید حافظه‌ها با این
فناوری، امکان کارکرد آنها در دمای بالاتر و بدون نیاز به میدان‌های مغناطیسی قوی
برای تراز کردن اسپین‌هاست.

دو سال قبل، یک گروه تحقیقاتی توانست برای مدت ۲ ثانیه اطلاعات کوانتومی را درون
هسته‌ی اتم ذخیره کند؛ اما آنها قادر نبودند این اطلاعات را بخوانند؛ در حالی که
گروه تحقیقاتی بوهم توانستند در این پروژه این کار را انجام دهند. این روش را بوهم
در سال ۲۰۰۶ ارائه کرد که نشان می‌داد می‌توان اطلاعات را در اسپین مغناطیسی ۱۰
هزار الکترون اتم فسفر که در فلز سیلیکون قرار گرفته، ذخیره کرد. گروه بوهم در کار
جدیدشان فرایند خواندن الکتریکی را نیز انجام دادند.

برای ذخیره سازی اطلاعات در هسته‌ی اتم، بوهم و همکارانش از یک ویفر سیلیکونی که با
فسفر تقویت شده بود استفاده کردند. این ورقه‌ی یک میلی‌متر مربعی، درون یک مخزن
بسیار سرد قرار گرفت که روی آن میدان مغناطیسی اعمال می‌شد. سیم‌هایی برای اعمال
جریان و اسیلوسکوپی برای جمع‌آوری اطلاعات به آن متصل شده بود. میدان مغناطیسی ۸٫۵۹
تسلا برای تراز کردن اسپین‌ها به آن اعمال شد. این میدان، ۲۰۰ هزار برابر میدان
مغناطیسی زمین است. برای تغییر جهت اسپین به‌سمت پایین یا بالا از امواج مغناطیسی
نزدیک تراهرتز و سپس از امواج رادیویی موج FM برای ذخیره‌سازی اطلاعات در الکترون و
نوشتن آنها درون هسته‌ی فسفر استفاده شد.

برای بازگرداندن اطلاعات از هسته‌ی اتم به الکترون‌های اربیتالی، از امواج نزدیک
تراهرتز استفاده گردید تا فرایند خواندن آغاز شود. اسپین الکترون‌ها تبدیل به جریان
الکتریکی شده و فرایند خواندن انجام می‌گردد. در واقع فرایند خواندن، عکس فرایند
نوشتن اطلاعات است.