Komputer, smartfon, cyfrowy aparat fotograficzny – żadne z tych urządzeń nie mogłoby działać bez układów pamięci. W typowych pamięciach elektronicznych zera i jedynki są zapisywane, przechowywane i odczytywane za pomocą zjawisk fizycznych, takich jak przepływ prądu czy zmiana właściwości elektrycznych bądź magnetycznych nośnika.

Działająca pamięć innego typu, zbudowana w oparciu o zjawiska chemiczne, została stworzona przez dr. inż. Konrada Giżyńskiego oraz prof. Jerzego Góreckiego z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Rolę chemicznego nośnika informacji pełni w niej prosty układ trzech stykających się kropel, w których zachodzą reakcje oscylacyjne.

Chemicznym fundamentem pamięci skonstruowanej przez badaczy z IChF PAN są zachodzące w roztworach reakcje Biełousowa-Żabotyńskiego. Ich przebieg ma charakter oscylacji: gdy jeden cykl się kończy, w roztworze odtwarzają się reagenty niezbędne do rozpoczęcia kolejnego cyklu. Zanim reakcja ustanie, oscylacje mogą się powtórzyć od kilkudziesięciu do kilkuset razy. Towarzyszą im regularne zmiany koloru roztworu, za które odpowiada ferroina, katalizator reakcji.

Drugim katalizatorem używanym przez warszawskich naukowców był ruten. Powoduje on, że reakcja staje się światłoczuła, czyli przy intensywnym oświetleniu roztworu światłem niebieskim przestaje on oscylować – pozwala to kontrolować przebieg reakcji.

„Nasz pomysł na chemiczne zapisywanie informacji był prosty” – wyjaśnia prof. Górecki. Naukowcy postanowili poszukać jak najmniejszych układów kropel, w których wzbudzenia mogłyby zachodzić na kilka sposobów, przy czym przynajmniej dwa byłyby trwałe. – „Jednej sekwencji wzbudzeń moglibyśmy wtedy przyporządkować wartość logiczną 0, drugiej 1, a do przełączania układu między nimi, a więc do wymuszania określonej zmiany stanu pamięci, używać światła”.

Eksperymenty wykazały, że układ trzech kropel, wielokrotnie obieganych przez fronty chemiczne, był zdolny do trwałego przechowywania jednego z dwóch stanów logicznych.

"Tak naprawdę nasz chemiczny bit ma nieco większe możliwości, niż bit klasyczny" - stwierdza dr Giżyński. "Mody rotacyjne, których używaliśmy do zapisu stanów 0 i 1, miały najkrótsze czasy oscylacji, równe odpowiednio 18,7 s i 19,5 s. Jeśli więc układ oscylował jakkolwiek wolniej, można było mówić o dodatkowym, trzecim stanie logicznym". Naukowiec zauważa przy tym, że trzeci stan mógłby być stosowany nie do przechowywania informacji, a na przykład do weryfikowania poprawności zapisu.

Przeprowadzone w IChF PAN badania nad pamięcią zbudowaną z oscylujących kropel służyły wyłącznie zademonstrowaniu, że trwałe przechowywanie informacji za pomocą reakcji chemicznych jest możliwe. W nowo powstałej pamięci reakcje odpowiadają jedynie za utrzymanie informacji, podczas gdy jej zapis i odczyt nadal wymagają metod fizycznych.

Naukowcy zastrzegają, że zanim zostanie skonstruowana w pełni chemiczna pamięć, która mogłaby się stać częścią przyszłego chemicznego komputera, najprawdopodobniej upłynie jeszcze wiele lat.

PAP - Nauka w Polsce

kflo/ zan/