Vortex Superkonduktor Dekat Limit Landauer, Memori Hemat Energi

Telset.id – Fisikawan di Hebrew University of Jerusalem mengklaim satu vortex superkonduktor dapat berfungsi sebagai bit memori dengan konsumsi energi hanya sekitar lima kali lipat batas Landauer, jauh lebih dekat ke batas fisika dibandingkan chip konvensional. Klaim yang dipublikasikan di Nature Communications pada 24 September dan dipopulerkan melalui rilis universitas pada 11 Oktober ini menyoroti cara baru menyimpan data di level paling dasar, meski masih menyisakan sejumlah catatan penting soal suhu operasi dan kecepatan.

Setiap kali komputer menghapus satu bit, ada “tarif energi” yang tidak bisa dihindari. Fisikawan IBM Rolf Landauer merumuskannya pada 1961 sebagai kT ln 2, angka yang bergantung pada suhu dan setara sekitar 2,9 zeptojoule pada suhu ruangan. Tidak ada chip nyata yang mendekati angka itu, sehingga celah tersebut menjadi target favorit seiring tagihan listrik komputasi yang terus naik.

Tim yang dipimpin Yonathan Anahory menggunakan film niobium setebal 55 nanometer yang dipola menjadi strip selebar 10 mikrometer dan didinginkan hingga 4,2 kelvin. Arus tetap yang dialirkan melalui strip mendorong vortex individual ke titik-titik di mana ketidakteraturan alami film menyediakan dua tempat istirahat berdekatan yang hanya berjarak beberapa nanometer. Posisi inilah yang menjadi penentu nilai: kiri atau kanan berarti nol atau satu. Vortex kemudian “digoyang” dengan arus bolak-balik dan dilacak memakai mikroskop SQUID-on-tip, sensor magnetik yang dibangun di atas probe kaca meruncing. Bagian gerakan yang tertinggal di belakang dorongan mengungkapkan berapa banyak energi yang hilang setiap siklus.

Anahory menyatakan hasil tersebut menempatkan bit di kisaran lima kali batas Landauer, “bringing it remarkably close to the minimum permitted by physics.” Rilis universitas mencakup energi yang diukur untuk pengujian aktual, bukan aspek pendinginan, yang menurut sejumlah pihak bisa secara signifikan mengubah cerita efisiensi di sini.

Estimasi Simulasi, Bukan Pengukuran Penghapusan

Makalah tersebut memuat catatan tersendiri. Abstraknya mengakui bahwa “our experimental method requires a steady sinusoidal drive incompatible with Landauer’s erasure protocol” dan mengaitkan angka mendekati batas itu dengan analisis numerik. Laboratorium mengukur disipasi saat vortex digoyang bolak-balik secara kontinu; biaya penghapusan sejati, yaitu memaksa bit bernilai tak diketahui menjadi keadaan yang diketahui, diestimasi melalui simulasi yang berlabuh pada data tersebut. Angka lima kali lipat adalah estimasi penulis untuk bit yang beroperasi pada 150 kHz, yang dijelaskan dalam jawaban mereka kepada para reviewer.

Proses peer review ini pun menuai perdebatan yang juga dipublikasikan oleh Nature Communications, yang memuat laporan referee secara tidak biasa. Reviewer #2 menolak draf pertama, menyatakan draf kedua hanya bisa berjalan dengan eksperimen tambahan, dan merekomendasikan agar versi final tidak diterbitkan, dengan kalimat pembuka “Authors write that they measure work. It is not true.” Reviewer tersebut berargumen bahwa gaya, perpindahan, dan kerja diestimasi atau disimpulkan, bukan diamati, dan meminta dua uji kelayakan: menunjukkan vortex didorong ke satu sumur dan tetap di sana, serta menunjukkan lompatan spontannya berubah seiring suhu, sebagaimana diprediksi aktivasi termal. Penulis menolak keduanya, dengan alasan drift pemindaian yang membatasi pencitraan statis hingga sekitar 20 nanometer dan mencatat bahwa perubahan suhu juga membentuk ulang lanskap pinning. Reviewer #3 mendukung publikasi, menyebut karya itu orisinal dan solid serta memperingatkan bahwa eksperimen tambahan bisa menundanya tanpa batas. Reviewer #1 menilai teknik tersebut tidak cocok untuk penghapusan pada kecepatan yang berguna dan mendorong judul yang lebih sederhana.

Kecepatan dan Biaya Pendinginan Jadi Taruhan

Selain biaya pendinginan yang tidak diperhitungkan, dengan biaya refrigerasi dunia nyata tidak difaktorkan, masalah yang lebih besar adalah kecepatan. Batas Landauer hanya bisa dicapai jika Anda meluangkan waktu, dan riset Proesmans, Ehrich, serta Bechhoefer menunjukkan biaya tambahan penghapusan naik seiring operasi dipercepat. Estimasi Hebrew University berlaku pada 150 kHz, atau sekitar satu operasi setiap 6,7 mikrodetik, sementara chip logika superkonduktor sudah diclok pada 6 GHz lebih dari satu dekade lalu.

Melambat juga tidak membantu. Berdasarkan data noise penulis sendiri, dua sumur yang menjadi inti hasil mendekati batas itu membuat vortex melompat sendiri sekitar 3.000 hingga 7.000 kali per detik pada 4,2 K. Penulis berargumen hal ini tidak masalah selama operasi berjalan jauh lebih cepat daripada lompatan tersebut. Namun itu berarti sumur paling efisien hanya menyimpan informasi jauh di bawah satu milidetik, dan makalah tersebut tidak menunjukkan satu pun sumur yang sekaligus mendekati batas dan mampu menyimpan data dalam waktu lama. Trade-off-nya adalah antara kecepatan, biaya, dan daya tahan, dan mengingat kasus penggunaannya adalah penyimpanan data, ini keputusan yang sulit.

Memori vortex bukan hal yang sepenuhnya baru; kontribusi Hebrew University adalah akuntansi energi, dan klaim “pertama” mereka sempit, meski menggunakan satu vortex tunggal. Tim Hebrew University telah menghasilkan estimasi yang cermat namun agak diperdebatkan tentang seberapa murah satu vortex dapat dipindahkan antara dua titik, sekaligus pengingat bahwa berada dekat batas fisika dan menjadi efisien di stopkontak adalah dua hal yang sangat berbeda.

Bagi pengguna yang mengikuti perkembangan teknologi komputasi, klaim ini menarik karena menyentuh fondasi fisik dari konsumsi daya. Namun, perlu dicatat bahwa riset ini masih berada di tahap eksperimen laboratorium pada suhu helium cair. Untuk memahami bagaimana industri menangani efisiensi energi di sisi lain, termasuk pada infrastruktur pusat data, pendekatan yang berbeda terus dikembangkan. Pembaca yang tertarik pada inovasi penyimpanan dan komputasi hemat energi dapat menelusuri Vortex Superkonduktor sebagai rujukan topik yang sama.

Di sisi lain, diskusi soal efisiensi juga menyentuh cara perangkat lunak dan sistem keamanan mengonsumsi sumber daya. Perkembangan terbaru di ranah keamanan siber, misalnya, turut menyoroti bagaimana sistem otonom bekerja dan berdampak pada beban komputasi secara keseluruhan.

Pada akhirnya, hasil ini adalah estimasi yang cermat namun masih diperdebatkan tentang seberapa murah sebuah vortex tunggal dapat dipindahkan antara dua titik. Yang jelas, mendekati batas fisik dan benar-benar efisien di tingkat konsumsi listrik nyata adalah dua hal yang tidak identik.