Badaczom udało się opracować nadprzewodzącą diodę, co do tej pory uważano za niewykonalne. Z czasem takie urządzenia mają uczynić komputery wielokrotnie szybszymi i oszczędniejszymi.

Na łamach magazynu „Nature” (https://www.nature.com/articles/s41586-022-04504-8) naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Delfcie (Holandia) opisali duży krok w stronę potencjalnie rewolucyjnych komputerów opartych na nadprzewodnikach - opracował napdrzewodzącą diodę.

Dioda to element - ujmując w dużym skrócie - który przewodzi prąd w jedną stronę, a blokuje go w stronę przeciwną.

Dlaczego stworzenie jej nadprzewodzącej wersji ma tak duże znaczenie? Otóż w przeciwieństwie do zwykłych przewodników, w nadprzewodnikach prąd płynie bez żadnych strat. Nawet, gdyby takim kablem ktoś przesłał prąd z Ziemi na Księżyc, straty byłyby dokładnie zerowe.

Stworzenie nadprzewodzącej elektroniki oznaczałoby więc dwie potężne korzyści.

Po pierwsze takie urządzenia byłyby setki razy szybsze.

Po drugie zużywałyby nieporównanie mniej energii. Zdaniem badaczy zastąpienie zwykłych komputerów nadprzewodzącymi oznaczałoby spadek zużycia prądu przez świat zachodu równy 10 proc. obecnych energetycznych rezerw.

„Technologia, w której dotąd działały półprzewodniki, teraz, potencjalnie może być zrealizowana z pomocą nadprzewodników, przy wykorzystaniu tych elementów. Mówimy o szybszych komputerach działających nawet z terahercową prędkością. Oznacza to 300-400 większą prędkość niż dzisiejszych komputerów. Będzie to miało wpływ na wszelkie społeczne i technologiczne zastosowania. Jeśli wiek XX był wiekiem półprzewodników, wiek XXI. będzie należał do nadprzewodników” - mówi prof. Mazhar Ali, twórca diody.

Wiąże się z tym jednak przeszkoda, którą dotąd uważano za niemożliwą do pokonania.

Od czasu odkrycia nadprzewodnictwa w 1911 roku, znawcy tematu sądzili, że nie da się sprawić, aby prąd mógł przez nadprzewodzący element płynąć tylko w jednym kierunku, a to jest niezbędny warunek tworzenia maszyn obliczeniowych.

Można to porównać do lodu, po którym ślizgalibyśmy się bez żadnego oporu w jedna stronę, ale zatrzymywalibyśmy się z powodu tarcia przy ruchu w stronę przeciwną.

Holenderski zespół odniósł sukces przez modyfikację tzw. złącza Josephsona, które składa się z dwóch elementów nadprzewodzących rozdzielonych barierą nienadprzewodzącą. Zwykłą barierę między nadprzewodnikami zastąpili przypominającym grafen materiałem o właściwościach kwantowych.

Naukowców czeka jeszcze wiele wyzwań.

„Po pierwsze, musimy się zmierzyć z podniesieniem temperatury działania. Posłużyliśmy się bardzo prostym nadprzewodnikiem o silnie ograniczonej temperaturze. Teraz chcemy zacząć prace z tzw. nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi i sprawdzić, czy mogą działać w diodach Josephsona przy temperaturze powyżej 77 Kelwinów. Pozwoli to na wykorzystanie azotu do chłodzenia” - podkreśla prof. Ali.

„Druga rzecz to zwiększenie skali produkcji. To wspaniała wiadomość, że udało nam się pokazać działanie wynalazku w nanourządzeniach, ale opracowaliśmy ich tylko kilka. Następnym krokiem będzie próba przeskalowania produkcji na tworzenie milionów diod Josephsona na chipie” - dodaje.