Усовершенствование, внесенное учеными из компании IBM в конструкцию сканирующего туннельного микроскопа, позволяет получать изображения динамических процессов в атомах с временными интервалами, в миллион раз превосходящими прежние возможности.

Исследователи усовершенствовали технику измерений, основанную на использовании сверхкоротких электрических разрядов для возбуждения атомов и дальнейшем считывании их магнитного состояния с помощью токов более низкого напряжения.

Получаемая в результате информация равносильна тому, как если бы движение атомов удалось заснять на пленку сверхвысокоскоростной камеры с высоким разрешением.

Это достижение может найти применение в таких областях, как солнечная энергетика, хранение компьютерных данных и создание квантовых компьютеров.

Первый сканирующий туннельный микроскоп был разработан специалистами швейцарского отделения IBM в 1981 году. С помощью этого прибора были получены изображения отдельных атомов. Хотя пространственное разрешение этих изображений превосходило воображение, с его помощью было невозможно наблюдать за физическими процессами, протекающими в течение наносекунд.

«Этот прибор дает нам долгожданную возможность наблюдать происходящие процессы в реальном времени», — объясняет физик Майкл Кромми, работающий в Калифорнийском университете в Беркли.

Ученые утверждают, что, согласно их вычислениям, реальная частота изменений магнитного состояния атомов на несколько порядков превышает возможности даже этого нового прибора. Но аспекты процесса, известного под названием «спин», можно замедлить до наносекунд.

«Прежние сканирующие туннельные микроскопы позволяли наблюдать объекты масштаба атомов, — поясняет сотрудник IBM, физик Андреас Хайнрих. — Но с их помощью невозможно было наблюдать за быстрыми процессами. Новый прибор дает возможность совместить высочайшее пространственное разрешение с высочайшей скоростью».

По его словам, одна из задач, которые ученые надеются разрешить с помощью нового прибора, — вопрос о том, сколько атомов необходимо для хранения одного бита магнитной информации. Новый прибор позволит заглянуть туда, куда компьютеры записывают магнитные нолики и единицы. Эти эксперименты должны углубить наше понимание магнитных и цифровых систем хранения информации.

Кроме того, появляется перспектива создания компьютеров, основанных на квантово-механических эффектах. В основе современных цифровых вычислений лежит бит, то есть либо ноль, либо единица. Будущее же, как полагают ученые, принадлежит системам, основанным на квантовых битах, или кубитах, которые в одно и то же время являются и нолем, и единицей.

По мнению научного сотрудника компании IBM Себастьяна Лота, «квантовые вычислительные системы представляют огромный интерес, поскольку с их помощью можно будет проводить вычисления, недоступные ни одному из существующих суперкомпьютеров».