CNR: Con nanotecnologie memorie superconduttive più stabili per i computer del futuro
Il team di ricerca dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nano), presso il Laboratorio NEST della Scuola Normale Superiore a Pisa, Nadia Ligato, Elia Strambini e Federico Paolucci, coordinati da Francesco Giazotto, ha studiato e sviluppato le memorie superconduttive di nuova concezione: sono risultate estremamente stabili, mantenendo il proprio stato per molte ore.
Lo studio è pubblicato su Nature Communications, come dimostrazione preliminare dell’applicazione delle nanotecnologie alle memorie superconduttive.
Il calcolo superconduttore promette una maggiore potenza computazionale sia negli approcci classici che quantistici. Tuttavia, le memorie superconduttive scalabili e veloci non sono implementate. Qui, proponiamo una cella di memoria completamente superconduttrice basata sulla transizione isteretica fase-slittamento esistente nelle giunzioni Josephson a nanofili di alluminio lunghi.
Abbracciata da un anello superconduttore, si legge nella ricerca del CNR, la cellula di memoria codifica lo stato logico nella direzione della corrente persistente circolante, come comunemente definito nelle memorie superconduttive basate sul flusso.
Ma, a differenza di quest’ultimo, l’isteresi qui è una conseguenza dello slittamento di fase che si verifica nel lungo anello debole e associato alla transizione topologica del suo gap superconduttore. Questo districa il nostro schema di memoria dal vincolo di grande induttanza, consentendo così la sua miniaturizzazione. Inoltre, la forte energia di attivazione per la nucleazione a slittamento di fase fornisce una robusta protezione topologica contro gli slittamenti di fase stocastici e il rumore del flusso magnetico. Queste proprietà rendono la memoria a slittamento di fase Josephson una soluzione promettente per architetture logiche classiche superconduttive avanzate o qubit di flusso.
La ricerca sulle memorie superconduttive
Il fulcro della ricerca viene spiegato dal dott. Elia Strambini del CNR – Nano:
“Poiché le memorie a superconduttore sono molto sensibili al rumore esterno che deteriora il loro stato, la sfida è progettare nano-dispositivi stabili e protetti dalle perturbazioni. Nella nuova cella di memoria lo stato logico, il classico 0 o 1 del bit dei computer, è stato codificato nel verso orario o antiorario della corrente superconduttiva che scorre in un circuito composto da un nanofilo di alluminio. Nel nostro dispositivo il verso della corrente è una grandezza particolarmente stabile – per invertirlo serve un’energia molto maggiore di quella fornita dal rumore – è quindi uno stato logico robusto e poco sensibile ai disturbi. Le misure hanno mostrato che la memoria conserva il suo stato inalterato per almeno tre giorni”.
Quella messa a punto dai ricercatori è inoltre tra le prime memorie superconduttive a dimensioni ridotte. “Per ora è un prototipo che dimostra la fattibilità della nostra intuizione. Ulteriormente sviluppata e resa scalabile in matrici di molti bits, questa memoria potrebbe essere impiegata nei supercomputer di nuova generazione che necessitano di memorie RAM efficienti”, conclude Strambini.
Il gruppo di ricerca coordinato da Giazotto, presso il NEST, utilizza tecniche criogeniche di avanguardia che, unite alla fabbricazione della nanotecnologia, lo rendono uno dei pochi gruppi a livello mondiale in grado di effettuare simili misure di elettronica quantistica dei superconduttori.
