Неизбежно, большие звезды в конце их жизни разрушаются под гигантской силой тяжести, превращаясь в черные дыры. Мы могли ловко спросить, есть ли способ задержать этот процесс; отложите смерть звезды. Исследуя «омолаживающую терапию» больших звезд, исследователи в Центре Теоретической Физики Вселенной, в Институте Фундаментальной науки (IBS) осмысляли идеальный материал, который мог хранить данные в течение исключительно более длительного времени, чем текущие недолгие устройства, принося новые намеки для будущих квантовых технологий памяти.
Археологи были в состоянии обнаружить, и часто расшифровать, сообщения, оставленные древними цивилизациями в глиняной таблетке, камне или бумаге. Эти экземпляры превратили его в 21-й век, но наши цифровые сообщения выживут в нетронутом условии в течение тысяч лет? Производство новой цифровой информации больше чем когда-либо прежде, но основанные на кремнии устройства идут со сроком годности: это – приблизительно 3 – 5 лет для жестких дисков и 5 – 10 лет для устройств хранения данных вспышки, CD и DVD.
К сожалению, все наши бесценные воспоминания, сохраненные как цифровые фотографии, видео и digitalized документы, не будут доступными нашим потомкам, если, конечно, мы тщательно не копируем их к новым устройствам время от времени. Преодоление этого ограничения является одной из самых сложных задач, с которыми стоят ученые сегодня. «Все мы умираем, но мы хотим замедлить процесс старения, так, чтобы мы могли жить дольше, намного дольше, чем теперь. То же самое идет для наших цифровых данных, мы хотим продлить их существование», объясняет Су-Джонг Рэй, директор Области, Силы тяжести и Strings Group в Центре Теоретической Физики Вселенной.
Идущий квант – лучший способ использовать много аспектов наноразмерного мира. Это позволяет нам эксплуатировать квантовую собственность «квантовой запутанности», посредством чего последовательные структуры могут быть сформированы в этих мелких масштабах.
Фундаментальный квантовый принцип был поднят Рольфом Лэндоером назад в 1961. Он обнаружил, что тепло и информация глубоко связаны. Данные об обработке вырабатывают тепло и, поэтому, информация ухудшается и не может храниться навсегда.
Теперь с цифровой миниатюризацией, мы приносим технологию к ее квантовым пределам. Информация хранится в квантовых устройствах масштаба меньшего размера и меньшего размера против его естественного стремления, чтобы распространиться, и поэтому производящий еще больше тепла.Само собой разумеется, снижение и распад – часть жизни, поскольку все это сводится к энергетической передаче.
Это – то же самое явление, которое заставляет горячий кофе достигать комнатной температуры когда в контакте с прохладной кружкой и воздухом. Энергия передана от кофе до кружки и в конечном счете к воздуху. Энергия имеет тенденцию рассеивать, если она не ограждена и заключена. Этот обменный процесс, который уменьшает температуру кофе, в конечном счете связан с информацией о кванте, обрабатывают тот, физики называют «борьбу» в окончательном квантовом масштабе.
Как слово предполагает, борьба включает смешивание энергии и информации, где оригиналы не могут быть восстановлены, таким же образом что желток и белый не распознаваемый в яичнице-болтунье.Чтобы сохранять кофе теплым для дольше, было бы необходимо оградить его от любых других более прохладных материалов или веществ. В случае устройств памяти, чтобы держать устройство, работающее на дольше, электроны или атомы, имеющие энергию или информацию квантовых единиц, не должны взаимодействовать с другими электронами и атомами и должны быть изолированы как можно больше. Заключение создано другими атомами, которые формируют барьер.
Давным-давно, Фил Андерсон доказал, что этот построенный из атома барьер отлично работает, если наш мир был одномерен, таков как линия. Предположите иметь атомы в линии и помещать препятствие в середине, чтобы держать их далеко друг от друга. Однако, если они двигаются в двумерную равнину или в трехмерный материал, эта проблема печально известно сложная.
Хотя полупроводниковая промышленность специализирована на управлении этими барьерами, атомы могут всегда находить, что пути перемещаются или подскакивают и достигают своих соседей.Чтобы усложнить проблему еще больше, это было обнаружено, что электроны двигаются вместе как группы, названные сильно коррелируемыми системами или системами много-тела. Таким образом, в то время как ученые хотят изолировать единственные атомы и электроны и препятствовать тому, чтобы они взаимодействовали друг с другом, мнение, что узды группы их еще более сложны.
Чтобы найти идеализированную систему, которая локализуется и коррелируется в то же время, исследовательская группа IBS полагалась на экзотическое понятие, названное суперсимметрией. «В суперсимметрии у каждой частицы есть партнер. Например, каждый электронные пары с selectron той же самой энергии и массы. Из-за этих соединений система может быть решена с ручкой и бумагой без потребности в компьютерном моделировании, неважно сколько частиц Вы имеете», описывает Рэй. Используя математические принципы суперсимметрии, ученые осмысляли идеальный материал с правильной структурной организацией, которая могла хранить квантовые данные в течение исключительно долгого времени, «по экспоненте дольше, чем текущие устройства памяти».
У материала, который они предполагают, есть специальная архитектура энергетических уровней для ее электронов. Энергетические уровни могут быть предположены как этажи в отеле.
Однако форма отеля выглядит по-другому в зависимости от типа атома. Чем больше энергии, которую имеет электрон, тем более высокий пол это занимает. Таким образом, электроны, вовлеченные в хранение данных, заняли бы верхние этажи.
Используя эту аналогию, у отеля для кремния есть форма, подобная перевернутой пирамиде с комнатами, доступными на каждом полу. Электроны с данными по верхнему этажу могут легко обменять свою энергию или данные с электроном на цокольных этажах. Таким образом они обменивают комнаты с другими электронами, передавая энергию или данные.
Обмен помещения после обмена помещения, борьба произойдет.Отель, предложенный исследовательской группой Рэя, вместо этого, сужается быстро, когда это поднимается более высокий. В этом отеле большинство электронов находится на первом этаже, потому что очень немного комнат доступны на более высоких этажах.
С тех пор нет никаких комнат, доступных наверху, электроны не могут взаимодействовать друг с другом, и они не могут обменять комнаты. Таким образом данные из электронов в верхних этажах не потеряны, когда время проходит. В конечном счете процесс борьбы произойдет, но потребовалось бы показательное время.«Во втором законе термодинамики говорится, что энтропия не может уменьшиться, но это не упоминает, сколько времени требуется для заказанного государства, чтобы стать хаотичным.
Таким образом, название игры – долговечность; продлить его как можно больше», разъясняет Рэй. «В конечном счете, конечно, отель разрушится, энтропия – окончательный победитель, это неизбежно, но мы хотим удостовериться, что такая победа прибывает только после очень долгого времени».Хотя материал с такими энергетическими уровнями еще не существует, это новое понимание может вести материаловедов и инженеров устройства памяти о том, как разработать превосходящие устройства хранения данных памяти, которые соответствуют к этому понятию, и это могло заменить кремний.Возвращение к омолаживающей терапии «больших звезд», таким же образом, поскольку теоретически возможно проектировать материал для более длительного цифрового хранения, ученые задаются вопросом, возможно ли указать на точный критерий, чтобы задержать распад больших звезд. Другими словами, они могли задержать формирование черных дыр?
Будущее исследование скажет…