Memoria atomica: cos’è e come funziona

Il petrolio del futuro? L’informazione. E ovviamente la possibilità di memorizzare infinite quantità di dati. Perché se il mondo continua a generare enormi quantità di informazioni, i ricercatori sono costantemente alla ricerca di nuovi modi per memorizzare imponenti moli di dati nel minor spazio possibile. Un dispositivo che potrebbe risolvere una volta per tutte questa esigenza arriva dai Paesi Bassi, dove alcuni scienziati hanno creato una “memoria atomica“. Si tratta di un dispositivo che codifica i dati atomo per atomo, con una capacità di storage centinaia di volte più grande dei più ampi dischi rigidi oggi in circolazione.

I ricercatori hanno stimato che un cubo in lamina di memoria atomica larga 100 micron – circa lo stesso diametro di un capello umano medio -, fatto a sua volta da piccoli cubi separati l’uno dall’altro da 5 nanometri, o miliardesimi di metro, potrebbe facilmente memorizzare il contenuto di tutti i libri esistenti al mondo.

Memoria atomica: caratteristiche e funzionamento

Memoria atomica: che cos’è

Ma più esattamente in che cosa consiste una memoria atomica? La memoria atomica è un nuovo dispositivo di memoria in grado di memorizzare più di 500 miliardi di bit di dati per pollice quadrato (pari a 6,45 centimetri quadrati) – ovvero circa 500 volte in più rispetto al miglior disco rigido attualmente disponibile in commercio: anni luce avanti oltre le tradizionali memorie di massa a cui siamo abituati.

Per la sua creazione, i ricercatori olandesi, diretti da Sander Otte, fisico presso la Delft University of Technology del Kavli Institute of Nanoscience, nei Paesi Bassi, hanno compiuto ampi studi nel ramo delle nanotecnologie. La memoria atomica è stata infatti creata nel mese di luglio 2016 utilizzando un microscopio a effetto tunnel, che utilizza un ago estremamente pulito per eseguire una scansione sulle superfici, operando come un cieco che muove le sue dita su una pagina di Braille.

Le scansioni fatte con questo microscopio possono non solo rilevare gli atomi, ma anche spostarli all’occorrenza.

Memoria atomica: come funziona

Come tutti sanno i computer rappresentano i dati sotto forma di 1 e 0 – cifre binarie note come bit, che si esprimono muovendo piccoli switch di transistor in posizione acceso o spento. Il nuovo dispositivo di memoria atomica rappresenta ogni bit come due possibili posizioni su una superficie di rame in un atomo di cloro scorre avanti e indietro tra queste due posizioni.

Se l’atomo di cloro è nella posizione superiore, c’è un foro sottostante – si viene a generare un 1; se il foro è nella posizione superiore e l’atomo di cloro è sul fondo, allora il bit è 0. I bit vengono separati l’uno dall’altro da file di atomi di cloro. Queste righe possono mantenere i bit in posizione per più di 40 ore.

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Questi atomi di cloro sono stati organizzati in 127 blocchi di 64 bit. Ogni blocco è stato etichettato con una serie di fori. Questi marcatori sono simili ai codici QR ora spesso utilizzati nella pubblicità e nella comunicazione. Questi marcatori possono etichettare in una posizione precisa ogni blocco sulla superficie di rame. I marcatori possono inoltre etichettare un blocco come danneggiato.

La lettura di un blocco di bit attualmente richiede circa 1 minuto mentre riscrivere un blocco di bit richiede attualmente circa 2 minuti. I ricercatori, tuttavia, hanno notato che è possibile accelerare questo sistema facendo in modo che le sonde si muovano più velocemente sulle superfici di questi dispositivi di memoria, potenziando la velocità di lettura e scrittura nell’ordine di 1 milione di bit al secondo.

Una memoria atomica non può tuttavia registrare i dati in un qualsiasi data center su larga scala oggi a disposizione. Attualmente, infatti questi dispositivi di memoria atomica funzionano solo in un ambiente sottovuoto molto pulito – asettico per l’esattezza – dove non possono essere contaminati in alcun modo da agenti esterni, e richiedono per funzionare un raffreddamento costante con azoto liquido a temperature inferiori a 321 gradi Fahrenheit (meno di 196 gradi Celsius o 77 Kelvin) per evitare che gli atomi di cloro inizino a vagare al di fuori delle posizioni destinate.

Memoria atomica: i primi studi

La memoria atomica costruita dagli scienziati olandesi del Kavli Institute of Nanoscience non è tuttavia la prima creazione in assoluto nel campo dell’applicazione delle nanotecnologie ai dispositivi di memorizzazione di massa. La creazione di macchine di storage su scala atomica fu suggerita già nel 1959 dal premio Nobel per la Fisica Richard Feynman, in una famosa conferenza intitolata programmaticamente “C’è un sacco di spazio là in fondo”. Per onorare Feynman, i ricercatori hanno codificato 160 parole della conferenza di Feynman su un’area larga 100 nanometri.

Memoria atomica: sviluppi futuri

La memoria di massa si presenta oggi come un promettente progetto sperimentale destinato a rivoluzionare il modo in cui gli uomini immagazzinano grandi quantità di dati e di informazioni. L’utilizzo commerciale di questa tecnologia, tuttavia, non appare essere immediato. Come abbiamo descritto una memoria atomica è in grado di funzionare solo in particolari condizioni ambientali e per mezzo una strumentazione molto sofisticata.

Eppure gli scienziati ritengono che le temperature molto basse a cui questi dispositivi riescono a lavorare siano più facili da ottenere di quanto non si possa pensare. Basta pensare al fatto che molti scanner MRI utilizzati oggi negli ospedali sono già tenuti a temperature vicine a 4 gradi Kelvin (meno 452 gradi Fahrenheit o meno 269 gradi Celsius) in modo permanente, quindi non è affatto escluso che i futuri impianti di stoccaggio realizzati nei centri dati possano essere mantenuti a tali temperature, vicine alla temperatura normale dell’azoto liquido.

Gli sviluppi futuri della ricerca sulle memorie atomiche sono così indirizzati ad indagare diverse combinazioni di materiali, che possano aiutare la memoria atomica ad avere stabilità anche a temperature più alte, forse persino a temperatura ambiente.

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