Theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí khoa học Science, kỷ nguyên của những chiếc máy tính siêu tốc và siêu tiết kiệm pin đang đến gần. Bước tiến này nhờ vào loại "chuyển mạch lượng tử không bay hơi" do các nhà khoa học Đại học Tokyo (Nhật Bản) phát minh.
Linh kiện mới có khả năng đẩy tốc độ xử lý của vi mạch lên gấp 1.000 lần. Đáng chú ý, hệ thống hoàn toàn không sinh nhiệt trong suốt quá trình vận hành.
Theo giải thích của nhóm nghiên cứu, với chip silicon truyền thống, dòng điện phải chạy liên tục qua các mạch để xử lý dữ liệu (các bit 0 và 1). Việc này tạo ra ma sát lớn và làm máy nhanh nóng.
Đây là giới hạn công nghệ hiện tại khiến các kỹ sư không thể tăng thêm tốc độ chip, vì máy sẽ bị quá nhiệt và cháy mạch. Linh kiện mới đã giải quyết triệt để bài toán này. Thay vì dùng trạng thái dòng điện, thiết bị tận dụng tính chất từ tính (gọi là spin) của các hạt electron để lưu trữ thông tin.
Linh kiện này gồm hai lớp vật liệu chính là Tantalum và Mangansin. Khi có dòng điện chạy qua lớp Tantalum, hệ thống sẽ lập tức lưu lại thông tin vào lớp Mangansin dưới dạng các hướng nam châm cực nhỏ. Hướng từ tính này chính là dữ liệu được lưu giữ lại mà không cần cắm điện liên tục. Nhờ nguyên lý thông minh đó, phát minh mới giúp tiết kiệm điện năng tới 100 lần so với các dòng chip hiện nay.
"Nói đơn giản, một trung tâm dữ liệu khổng lồ của Google đang tiêu thụ lượng điện đủ để cung cấp 80.000 hộ dân, trong tương lai chỉ cần lượng điện của 800 nhà. Tương tự, một chiếc MacBook Pro có thể hoạt động trong 3 tháng chỉ với một lần sạc", đại diện nhóm nghiên cứu nói với Nikkei.
Trong phòng thí nghiệm, linh kiện mới đạt tốc độ xử lý kỷ lục chỉ 40 picoseconds (chưa đầy một phần tỷ giây), nhanh gấp 1.000 lần chip silicon thông thường. Thiết bị này cũng bền đến kinh ngạc khi chạy ổn định sau hơn 100 tỷ lần thử nghiệm. Đặc biệt, các nhà khoa học phát hiện ra một điểm cực đắt: linh kiện càng thu nhỏ thì máy chạy lại càng nhanh và mượt.
Nếu áp dụng được vào thực tế, công nghệ này sẽ thay đổi hoàn toàn bộ mặt của ngành thiết bị điện tử. Những tệp dữ liệu lớn cần 1 giờ để xử lý hiện tại sẽ được giải quyết chỉ trong 1 giây.
Tuy nhiên, chặng đường từ phòng thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất thương mại hàng loạt vẫn còn rất xa. Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, việc chế tạo một linh kiện đơn lẻ rất khác so với việc duy trì sản xuất công nghiệp đồng đều trên quy mô lớn.
Dự kiến, những chip nguyên mẫu đầu tiên ứng dụng công nghệ này sẽ xuất hiện vào năm 2030. Người tiêu dùng sẽ phải chờ đợi thêm vài năm sau mốc thời gian này để sở hữu các thiết bị thương mại.
