Secondo le ricerche scientifiche di IBM bastano solo 12 atomi per costruire un bit

Quando all’Università di Salerno seguivo il corso di Architettura degli Elaboratori rimasi affascinato da come latch SR o flip-flop potessero essere combinati e formare un mosaico che, piccolo e intricato allo stesso tempo, produceva l’unità fondamentale di memorizzazione: il bit. Da lì nacque la persistenza delle informazioni, senza la quale oggi non saprei immaginare l’impiego dei computer e quindi la vita di tutti i giorni. Ebbene, anche lì, in quel dettaglio così scontato di un calcolatore qualsiasi, dal più avanzato al più rudimentale, ovvero il bit, la ricerca va avanti, decretandone ancora una volta l’evoluzione e l’ottimizzazione.

Non hanno mai dato per scontate queste caratteristiche dei computer così piccole quanto basilari i ricercatori di IBM. Continuano a credere nell’evoluzione delle cose che l’uomo stesso ha creato, tanto da studiare “metodi alternativi” per poter creare il bit. L’idea da cui è scaturito il tutto è la seguente: “Quanto è grande attualmente un bit? Ma, soprattutto, di quanto possiamo rimpicciolirlo?”. Pensandoci, in un panorama tecnologico come quello dei giorni nostri in cui si fa tanto per rendere le cose più piccole possibili, questo quesito è più attuale che mai.

Colui che si è posto queste domande è stato il fisico Andreas Heinrich, ricercatore nei laboratori di IBM. Grazie alle strumentazioni avanzate a sua disposizione e lavorando alla temperatura di 1 Kelvin (ovvero -272 °C), che rappresenta una temperatura limite al di sotto della quale è impossibile scendere, Heinrich è riuscito a dare una risposta alla sua domanda: con soli 12 atomi è possibile creare un bit. Confrontando questo dato con l’attuale modalità con cui vengono implementati i bit, abbiamo una differenza dell’ordine di svariati milioni di atomi.

Come funziona questa nuova tecnica che consente di memorizzare un valore binario in soli 12 atomi? E’ tutto basato sulla proprietà di antiferromagnetismo di cui godono alcuni elementi. Secondo la caratteristica ferromagnetica, se un atomo del magnete si polarizza verso una determinata direzione, anche tutti gli altri atomi seguono tale verso. Invece, gli elementi antiferromagnetici si comportano diversamente: se un atomo si polarizza, ad esempio, verso nord, quelli vicini si polarizzano verso la direzione opposta, ovvero verso sud. Sfruttando questa proprietà è possibile ottenere due sole configurazioni possibili basate sul verso di polarizzazione dei sei “atomi di posto pari” con i restanti sei “di posto dispari”, codificabili con 0 o 1.

Nell’esperimento nei laboratori di IBM si è riuscito a memorizzare la parola “THINK”, costituiti da 5 byte, in soli 480 atomi. Ovviamente la situazione qui descritta non è riproducibile nelle unità di memorizzazione a causa della temperatura estremamente bassa. Per poter portare questo scenario negli utilizzi comuni bisognerebbe aumentare a 150 il numero di atomi utilizzati per un bit, creando così una situazione più stabile. Quello dei 12 atomi resta soltanto un limite oltre il quale non si può andare. Ma l’obiettivo della ricerca, oltre a quello di conoscere la quantità minima di atomi per realizzare un bit, è anche quello di gettare le basi per nuove tecnologie di memorizzazione.

In primo luogo, utilizzando le tecniche messe a punto da Andreas Heinrich, sarà possibile creare unità di memorizzazione molto più piccole rispetto a quelle odierne, preservando un’alta capacità. In secondo luogo, trattandosi di metodologie del tutto nuove, potrebbero rivelarsi particolarmente appetibili se dovessero manifestare prestazioni migliori rispetto a quelle attuali. Tuttavia, è ancora molto presto per dirlo. L’antiferromagnetismo nel data storage è tuttora soltanto un’idea.

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