Chit: η χημική μονάδα μνήμης ενός bit

Posted on 06/05/2017

0


Στους γνωστούς κλασικούς υπολογιστές οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε bits. To bit (binary digit) είναι η στοιχειώδης μονάδα μνήμης στο δυαδικό σύστημα, με τα γνωστά ψηφία 0 και 1. Το bit αποθηκεύεται σε κάποιο κλασικό φυσικό σύστημα που μπορεί να βρίσκεται σε δυο καταστάσεις όπως: οι δυο κατευθύνσεις μαγνήτισης, οι δυο θέσεις ενός διακόπτη, δυο τάσεις ηλεκτρικού ρεύματος κ.λπ.

Στους κβαντικούς υπολογιστές οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε qubits. Το qubit (quantum bit) μπορεί να βρίσκεται όχι μόνο στις καταστάσεις 0 και 1 αλλά και σε κάθε δυνατή επαλληλία τους. Εδώ η κβαντική στοιχειώδης μονάδα μνήμης – το qubit – δεν είναι ένα κλασικό σύστημα αλλά κβαντικό, όπως π.χ. ένα άτομο υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση, όπου το μηδέν αντιπροσωπεύεται από την ηλεκτρονιακή κατάσταση με σπιν πάνω και το ένα από την κατάσταση με σπιν κάτω.

Πειράματα που έκαναν οι  ερευνητές Konrad Gizynski και Jerzy Goreck στο Ινστιτούτο Φυσικοχημείας της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών στη Βαρσοβία αποδεικνύουν ότι είναι δυνατόν να κατασκευαστεί μια στοιχειώδης μονάδα μνήμης για την αποθήκευση πληροφοριών που θα βασίζεται σε χημικές αντιδράσεις. Το χημικό bit ή αλλιώς chit (chemical bit) είναι μια απλή διάταξη τριών σταγονιδίων που βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους, στα οποία πραγματοποιούνται «ταλαντωτικές» χημικές αντιδράσεις.

Το χημικό bit  που προτείνουν οι Gizynski και Gorecki βασίζεται στο είδος των χημικών αντιδράσεων Belousov-Zhabotinsky (BZ). Η πορεία αυτών των χημικών αντιδράσεων είναι ταλαντευόμενη – όταν ολοκληρώνεται ένας κύκλος τα αντιδραστήρια που είναι απαραίτητα για την έναρξη του επόμενου κύκλου αναδημιουργούνται στο διάλυμα και η αντίδραση επαναλαμβάνεται. Μέχρι να σταματήσει η αντίδραση, συνήθως πραγματοποιούνται εκατοντάδες επαναλήψεις. Το διάλυμα αλλάζει χρώμα σε τακτά χρονικά διαστήματα εξαιτίας των περιοδικών μεταβολών στην συγκέντρωση ενός συμπλόκου του σιδήρου που χρησιμοποιείται ως καταλύτης. Ο δεύτερος καταλύτης που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές της Βαρσοβίας ήταν το ρουθήνιο. Η εισαγωγή του ρουθηνίου κάνει την αντίδραση Belousov-Zhabotinsky ευαίσθητη στο φως – όταν το διάλυμα φωτίζεται με μπλε φως, παύει να ταλαντεύεται.

Η ιδέα για την χημική αποθήκευση πληροφοριών είναι απλή. Από παλαιότερα πειράματα ήταν γνωστό ότι όταν σταγονίδια Belousov-Zhabotinsky βρίσκονταν σε επαφή τότε τα χημικά μέτωπα διαδίδονταν από σταγονίδιο σε σταγονίδιο. Οι ερευνητές δημιούργησαν τις μικρότερες σταγόνες στις οποίες είναι δυνατή η χημική διέγερση με διάφορους τρόπους, δυο εκ των οποίων τουλάχιστον να είναι σταθεροί. Μπορούμε να θεωρήσουμε την μια ακολουθία των διεγέρσεων ως τη λογική τιμή 0 και την άλλη ως 1. Για να αλλάξουμε την κατάσταση μνήμης μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε φως.

Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ένα δοχείο με διάλυμα δεκανίου. Μικρές ποσότητες του ταλαντούμενου διαλύματος προστέθηκαν στο σύστημα με ένα σιφώνιο που δημιουργούσε τα σταγονίδια τα οποία τοποθετήθηκαν στα άκρα οπτικών ινών. Τα σταγονίδια σταθεροποιήθηκαν με κατάλληλες ράβδους.

Μελετώντας τους τρόπους ταλάντωσης σταγονιδίων σε επαφή, οι Gizynski και Gorecki κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι τριάδες σταγόνων – η μία να βρίσκεται σε επαφή με τις δυο άλλες, σχηματίζοντας τρίγωνο – κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θα μπορούσαν να αποτελέσουν το χημικό bit ή chit. Όποιος ενδιαφέρεται μπορεί να διαβάσει περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: The first one bit chemical memory unit: The ‘chit  ή ΕΔΩ: Chemical memory with states coded in light controlled oscillations of interacting Belousov–Zhabotinsky droplets

Βέβαια ενώ η αποθήκευση των πληροφοριών βασίζεται σε χημικές μεθόδους, η καταγραφή και η ανάγνωσή τους απαιτούν φυσικές μεθόδους. Μπορεί προς το παρόν να μην φαίνεται πρακτικός ένας υπολογιστής που θα αποθηκεύει τις πληροφορίες με chits, αλλά αυτό στο μέλλον μπορεί να αλλάξει. Έτσι κι αλλιώς θα χρειαστούν αρκετά χρόνια για να κατασκευαστεί ένας λειτουργικός «χημικός» υπολογιστής.