חוקרים מהאוניברסיטה העברית הראו, בניסוי ובניתוח חישובי, שסיבית זיכרון המבוססת על מערבולת בודדת במוליך־על עשויה לפעול בטמפרטורה של 4.2 קלווין באנרגיה הגבוהה פי חמישה בלבד מהמינימום שמתירים חוקי התרמודינמיקה. זו הוכחת היתכנות, ולא רכיב שמוכן לשילוב בשבבים
כל פעולה של מחיקת מידע בשבב עולה באנרגיה. ב־1961 הראה הפיזיקאי רולף לנדאואר מ־IBM שלמחיקה בלתי־הפיכה של סיבית אחת יש מחיר מינימלי, שנקבע לפי הטמפרטורה ואינו תלוי בטכנולוגיה. רכיבי הזיכרון והלוגיקה של היום צורכים למחיקת סיבית אנרגיה הגבוהה בסדרי גודל רבים מהגבול הזה. לכן השאלה עד כמה אפשר להתקרב אליו היא שאלה יסודית לתכנון רכיבים, במיוחד בעידן שבו צריכת החשמל של מרכזי הנתונים הופכת לאחד האילוצים המרכזיים על הרחבת תשתיות ה־AI.
מחקר חדש של חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים וממוסדות שותפים, שהתפרסם ב־24 בספטמבר בכתב העת Nature Communications, בוחן רכיב זיכרון ניסיוני שבו הסיבית אינה מיוצגת במטען חשמלי בטרנזיסטור, אלא במיקומה של מערבולת מגנטית בודדת בתוך מוליך־על. את המחקר הובילו נופר פרידמן וד״ר יונתן אנהורי מהאוניברסיטה העברית.
מערבולת במקום טרנזיסטור
כאשר שדה מגנטי חודר למוליך־על מסוג II, הוא עושה זאת בצורת מערבולות זעירות של זרם על־מוליך, שכל אחת מהן נושאת יחידה קוונטית של שטף מגנטי. במבנה הננומטרי שבנו החוקרים יש למערבולת שני מצבים יציבים, ומעבר בין שני המצבים מייצג שינוי בערך הסיבית, בדומה למעבר בין אפס לאחת בתא זיכרון רגיל.
כדי להעריך את האנרגיה המעורבת במעבר בין המצבים, השתמשו החוקרים במדידות מגנטיות רגישות ובמודל המתאר את תנועת המערבולת תחת כוחות משתנים. הניתוח הצביע על אפשרות לבצע פעולת מחיקה באנרגיה הגבוהה פי חמישה בלבד מגבול לנדאואר, בטמפרטורה של כ־4.2 קלווין, טמפרטורת הרתיחה של הליום נוזלי.
מה הודגם ומה עדיין לא
המחברים מסייגים את התוצאה בעצמם: הניסוי התבסס על הפעלה מחזורית של הרכיב, שאינה זהה לפרוטוקול המחיקה של לנדאואר, והקרבה לגבול התאורטי מחושבת על בסיס הניתוח הפיזיקלי והסימולציות. כלומר, לא הודגמה ישירות פעולת מחיקה סטנדרטית באנרגיה כזו, ובוודאי לא מערך זיכרון שלם.
לפי החוקרים, השלבים הבאים הם בניית מערכים של תאים רבים, פיתוח דרכים אמינות לכתוב ולקרוא את המידע, והערכת צריכת האנרגיה של המערכת כולה, ולא רק של הסיבית הבודדת.
הרלוונטיות לתעשייה: אלקטרוניקה קריוגנית
הצורך בקירור לטמפרטורות של הליום נוזלי מוציא את הגישה מכלל אפשרות במחשבים ובשרתים רגילים: האנרגיה הדרושה לקירור גבוהה בהרבה מהחיסכון בסיבית. אבל יש סביבות שבהן הקירור קיים ממילא. מחשבים קוונטיים מבוססי מוליכי־על פועלים בטמפרטורות נמוכות עוד יותר, ומערכות הבקרה והקריאה שלהם נדרשות לפעול קרוב ככל האפשר לקיוביטים ובתקציב חום קטן מאוד.
בסביבה כזו, רכיבי זיכרון קלאסיים שמפזרים מעט מאוד אנרגיה יכולים להיות בעלי ערך מעשי. לכן התרומה המיידית של המחקר היא חיבור בין גבול יסודי בתרמודינמיקה של המחשוב לבין רכיב פיזי שאפשר למדוד במעבדה, צעד שעשוי לשמש בעתיד בסיס לתכנון זיכרונות קריוגניים.
המאמר המדעי: Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-026-77988-x
