原子核自旋或可成为最小存储器

据美国物理学家组织网12月17日（北京时间）报道，科学家在实验室内实现了数据的原子核自旋存储和首次电子方式阅读，其中数据存储时长达112秒。研究人员表示，原子核自旋有可能成为全球最小的计算机存储器，这类新式存储器可广泛用于量子计算机。该研究由美国犹他大学的克利斯朵夫·勃姆和澳大利亚悉尼大学的丹纳·麦卡密领导。勃姆在12月17日出版的《科学》杂志上表示：“这是一种全新的存储和阅读信息的方式，以前还没有科学家采用电子方式阅读原子核自旋存储的数据。”两年前，一科研小组也报告称，他们让所谓的“量子数据”在原子核内存储2秒，但未能实现数据的阅读。 2006年，勃姆团队就证明，读出存储在一个硅半导体内嵌的磷原子中的1万个电子的自旋中的数据是可行的，现在，新实验实现了数据的原子核自旋存储和电子阅读。在最新实验中，麦卡密、勃姆团队使用了一块大小约1平方毫米、掺杂了磷的硅晶片，并在其上放置了电接点。该设备位于一个超冷的容器内，周围环绕着超强的磁场，该设备通过电线和电流以及一个记录数据的示波器相连。科学家使用高达8.59特斯拉的磁场来调整磷电子的自旋。接着，科学家使用接近太赫兹电磁波的脉冲让围绕磷原子运动的电子自旋，然后，运用FM范围内的无线电波来读取存储在电子内的自旋数据并在磷原子核上写下这些数据。随后，利用接近太赫兹波的脉冲将原子核自旋信息传回运转的电子中，因为电子自旋被转变为电流时发生了震动，因此，触发了读出数据的过程。勃姆表示，在短时间内，物理学家可重复2000次阅读同样的原子核自旋数据，这证明阅读并不会破坏原子核，因此，数据能被可靠地存储。勃姆解释道，对存储信息来说，原子核自旋比电子自旋更好。因为，电子自旋容易被周围的电子和原子内的温度所改变。而坐落在原子中心的原子核的自旋不会被电子云所影响。原子核自旋能更好地存储信息，存储时间也更长。新研究中平均112秒的存储时长听起来似乎不长，但勃姆表示，一台现代计算机或手提电脑中的动态随机存储器（DRAM）存储信息的时间仅为几毫秒（千分之一秒）。勃姆指出，该技术目前还面临着巨大的技术障碍：该核自旋存储和读出装置只能在3.2开氏度（只比绝对零度高一点点）下工作，此温度下，原子几乎被冰冻到静止状态且只能轻微摆动。另外，该装置必须被超级强大的磁场所包围，而且，现在读出的是大量原子核和电子集体的自旋，而真正的量子计算机只需读单个粒子的自旋，他们希望几年内能够做到这一点。（来源：科技日报刘霞）