Ученые создали первую в своем роде ячейку химической памяти, химический бит - «Наука и технологии»

В классических компьютерах информация хранится и обрабатывается в виде традиционных битов, в квантовых вычислительных системах эту роль выполняют квантовые биты, кубиты. А эксперименты, проведенные учеными из Института физической химии польской Академии наук, показали, что химические реакции также являются средой, подходящей для хранения информации. Созданный учеными химический бит, хит (chit), представляет собой три капельки растворов химических реагентов, расположенных особым образом друг относительно друга, внутри которых протекают химические реакции, носящие колебательный циклический характер.

В традиционной электронной памяти биты, способные принимать значение 1 и 0, записываются, хранятся и считываются при помощи обычных физических процессов и явлений, таких, как электрический ток, заряд или направление намагниченности материала. В ячейке химической памяти, созданной группой доктора Конрада Гизынски (Dr. Konrad Gizynski) и профессора Иржи Горецки (Prof. Jerzy Gorecki), для хранения информации используются химические процессы, точнее, один из видов циклической реакции Белоусова-Жаботинского.
Особенностью реакций Белоусова-Жаботинского является то, что по завершению одного цикла реакции сразу же начинается следующий цикл, а все реагенты, необходимые для следующего цикла, являются результатами реакций предыдущего цикла. В реальных условиях такие реакции носят затухающий характер, но до их полной остановки в пробирке или реакторе могут пройти десятки или сотни циклов.

В использованном польскими учеными виде реакций Белоусова-Жаботинского каждый цикл сопровождался изменением цвета раствора, что было вызвано присутствием одного из катализаторов. Кроме этого ученые добавили в раствор второй катализатор на основе рутения, который служит для управления реакцией Белоусова-Жаботинского при помощи света. Когда раствор освещается синим светом, то реакция приостанавливается.

С физической точки зрения реакции Белоусова-Жаботинского распространяются в растворе в виде движущихся фронтов. Поэтому реакция, инициированная в одной капле реагента, может перейти во вторую каплю, находящуюся в контакте с первой. В своих экспериментах ученые исследовали множество вариантов взаимного расположения капелек раствора, варьируя одновременно их количество. Капельки наносились при помощи пипетки на основание реактора, покрытое химически пассивным защитным покрытием. Снизу к капелькам были подведены волокна оптических световодов, а капельки удерживались на месте при помощи тоненьких прутиков, торчащих из основания реактора.

И самые лучшие результаты показала система из трех капелек разного размера, контактирующих друг с другом. Фронта реакций могут распространятся в такой системе различными способами и наиболее подходящим оказался вариант вращательного распространения фронтов реакций, в прямом или в обратном направлении. Фронта реакций напоминают спиральные волны, которые характеризуются повышенной стабильностью.

Эксперименты показали, что если система из трех капелек входит в одно из состояний вращательного распространения реакций Белоусова-Жаботинского, то это состояние сохраняет стабильность в течение длительного времени. А правильная комбинация последовательности импульсов света с определенной длительностью позволяет гарантировано получить требующееся направление вращения фронтов реакций, что и является хранимым значением бита логической информации.

В настоящее время длительность хранения информации в химическом бите составляет от 18.7 до 19.5 секунд. Кроме этого помимо двух значений, 1 и 0, химический бит может находиться в дополнительном третьем состоянии, что также можно использовать на практике. Тем не менее, появления реальных действующих образцов химической памяти и химических компьютеров, в которых используется такая память, можно будет ожидать не ранее, чем через несколько лет и то в случае возникновения заинтересованности в развития данного направления.