“Chit” – Bir Bit Kimyasal Bellek Ünitesi

0
362

 

Bilgi, kuantum bilgisayarlarda kubitler (kuantum bitleri) halinde depolanırken, klasik bilgisayar bilimlerinde bitler halinde depolanır. Varşova’daki Polonya Bilimler Akademisi Fiziksel Kimya Enstitüsünde yapılan bir araştırma, bilginin depolanması için kimyanın da kullanılabileceğini göstermiştir. Üç damlacık birbiri ile temas ettiğinde ve salınım reaksiyonları meydana geldiğinde, “chit” adı verilen kimyasal bir bit haline gelir.

Bilgisayarlar, akıllı telefonlar ve dijital kameralar gibi tüketici elektroniği ürünleri, çiplerle çalışır. Tüm elektronik belleklerde 0’lar ve 1’ler, ortamın elektriksel veya manyetik özelliklerinde meydana gelen değişiklik veya elektrik akışı gibi fiziksel olaylar tarafından algılanır, depolanır ve okunur.

Varşova’daki Polonya Bilimler Akademisi Fiziksel Kimya Enstitüsü’nden Prof. Jerzy Gorecki ve Dr. Konrad Gizynski, kimyasal fenomenlere dayanan farklı türde bir çalışma belleği gösterdiler. Tek bir bit, üç bitişik damlacık halinde depolanabiliyordu. Damlacıklardaki kimyasal tepkime cisimleri, dairesel, düzenli ve net olarak tanımlanmış bir şekilde yayılabiliyordu.

Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaksiyonu olarak bilinen bu süreç, IPC PAS araştırmacıları tarafından oluşturulan belleğin kimyasal temellerini meydana getiriyor. Reaksiyonun sırası salınımlıdır. Yani bir döngü tamamlandığında, bir sonraki döngüyü başlatmak için gerekli olan tepkimeler, çözelti içinde yeniden oluşturulmaktadır. Reaksiyon durmadan önce onlarca, hatta yüzlerce salınım oluşmaktadır. Salınımlar, çözeltinin renginde düzenli bir değişim ile birlikte devam eder. Bu durum, reaksiyon katalizörü olan ferroinden kaynaklanır.

Varşova’daki araştırmacılar, ikinci katalizör olarak rutenyumu kullandılar. Rutenyumun dahil edilmesi kritik bir öneme sahipti çünkü böylece BZ reaksiyonu ışığa duyarlı hale gelecekti.

Çözelti mavi ışıkla aydınlatıldığında, salınımlar durur. Bu tepkime, reaksiyonun seyrini kontrol etmeyi mümkün kılar.

Gorecki, bilgilerin kimyasal olarak depolanması konusundaki fikirlerinin basit olduğunu açıkladı. Önceki deneylerde, BZ damlacıkları birbiriyle temas ettiğinde, kimyasal cisimlerin damlacıklar halinde yayılabileceğini keşfettiler. Ekip, en az iki damlacığı sabit tutarak, tepkimelerin çeşitli şekillerde gerçekleşebileceği en küçük damlacık sistemlerini tespit etmeye karar verdi. Araştırmacılar daha sonra bir eksitasyon (uyarım) dizisine mantıksal değer olarak 0 verirken, diğer diziyi 1 olarak tanımladılar. Uyarım durumları arasında geçiş yapmak için, yani belirli bir bellek durumu değişikliğini gerçekleştirmek için, ışık kullanılabilirdi.

Deneyler, yağda (dekan) ince bir lipit çözeltisi tabakası ile dolu bir kapta gerçekleştirildi. Damlacıkları oluşturmak için bir pipet kullanılırken, sisteme küçük miktarlarda salınımlı çözelti ilave edildi. Damlacıklar, kabın tabanına yerleştirilmiş olan optik fiber uçlarının üzerine yerleştirildi. Kabın tabanından yukarı doğru çıkan birkaç çubuk, damlacıkların her birini sabitleyerek optik liflerden kaymalarını önledi.

İkili damlacık grupları incelendi ve dört tip (mod) osilasyon tanımlandı:

  1. Damlacık 1 damlacık 2’yi harekete geçirir.
  2. Damlacık 2 damlacık 1’i harekete geçirir.
  3. Her iki damlacık da birbirini aynı anda harekete geçirir.
  4. Her iki damlacık birbirini dönüşümlü olarak, yani biri harekete geçtiğinde diğerini refrakter fazda (dirençli şekilde) harekete geçirir.

Gizynski, eşleştirilmiş damlacık sistemlerinde, çoğu zaman bir damlacığın diğerini harekete geçirdiğini açıkladı. Bununla birlikte, bu türden sadece bir tip (mod) her zaman sabittir ve iki tane damlacık gereklidir. Tüm damlacıklar aynı çözeltiden yapılmış olmasına rağmen, asla aynı büyüklükte olmazlar. Bu da, her damlacıkta biraz farklı hızda meydana gelen kimyasal salınımlara sebep olur. Bir damlacık çiftinde daha yavaş salınan damlacık, kendi ritmini daha hızlı olana göre ayarlamaya başlar. Daha yavaş salınan damlacığın hızını arttırmak için ışığı kullanmak mümkün olsa bile, sistem her zaman daha hızlı olan damlacığın daha yavaş olanı uyardığı moda dönecektir.

Ekip daha sonra, her damlacığın diğer iki komşusuna temas ettiği,  üçgen şeklinde yerleştirilmiş bitişik bir damlacıklar üçlüsüne baktı. Bu düzenlemedeki kimyasal cisimler birçok yöne doğru yayılabilirdi. Damlacıklar eş zamanlı olarak veya anti-fazda salınım yapabilir ya da iki damlacık da aynı zamanda salınım yapabilir ve üçüncüyü salınıma zorlayabilirdi. Araştırmacılar çoğunlukla kimyasal cisimlerin bir damlacıktan diğer damlacığa 1-2-3 şeklinde veya ters yönde (3-2-1) geçtiği dönüşümlü modlarla ilgilendiler.

BZ reaksiyonunun meydana geldiği bir damlacık hızla çoğalır. Ancak başlangıçtaki ​​durumuna çok daha yavaş döner. Sadece ilk andaki durumuna ulaşınca tekrar harekete geçebilir. Eğer uyarım 3’ncü damlacığa 1-2-3 modunda çok hızlı ulaşacak olsaydı, 1’nci damlacık başlangıç ​​durumuna henüz ulaşmadığından yeni bir döngüyü başlatmak için uyarım 1’nci damlacığa ulaşamazdı. Bu da döngü modunun kaybolmasına neden olurdu. Araştırmacılar sadece uyarım döngüsünün çoklu tekrarlarını sağlayabilecek dönüşümlü modlara odaklanmışlardır. Bu mod, damlacıklar arasında dolaşan kimyasal cisimlerin, spiral dalgasına benzemesine ek bir avantaj sağlamaktadır. Sarmal dalgalar artan sabitlik ile karakterizedir.

Daha sonraki aşamalarda yapılan deneyler, incelenen her iki döngü modunun da kararlı olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bir sistem bu modlardan birine girerse, BZ reaksiyonu durana kadar sistem o modda kalır. Ekip, damlacıkların aydınlatma uzunluğunu ve süresini doğru bir şekilde seçerek, uyarımların dönüş yönünü değiştirebileceğini kanıtladı. Birden fazla kimyasal cisimciğin olduğu üçlü damlacık sistemi bu nedenle iki mantıksal durumdan birini kalıcı olarak depolayabildi.

Gizynski, kimyasal bitin (chit) aslında geleneksel bitten biraz daha büyük bir potansiyele sahip olduğunu söyledi. 1 ve 0 durumlarını kaydetmek için kullanılan döngü modları, sırasıyla 19.5 ve 18.7 saniyelik en kısa salınım sürelerine sahipti. Sistem daha yavaş bir salınım yapabilseydi, üçüncü bir mantık durumu daha olabilirdi. Gizynski, bu üçüncü durumun bilginin depolanması için kullanılması yerine yapılan kaydın doğruluğunu kontrol etmek için kullanılabileceğine dikkat çekti.

Kaynak: Science News Journal

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here