Escala atômica: como a IBM quer criar a memória do futuro

Algumas décadas atrás, um disco rígido de 256 MB era uma peça de luxo: poucos computadores tinham tanta capacidade de armazenamento. Com o passar do tempo, o preço por megabyte armazenado foi diminuindo e, hoje, podemos encontrar discos capazes de guardar terabytes de informações por um preço bastante acessível.

Assim, continuamos a desejar que dispositivos de armazenamento guardem cada vez mais arquivos a um preço sempre menor. Porém, nesse caso, desejar é, também, romper barreiras da ciência e da indústria tecnológica.

A famosa Lei de Moore, que já foi abordada diversas vezes no Tecmundo, estipula que o número de transistores em um microchip dobra a cada dois anos. Entretanto, essa inovação acaba esbarrando em limites físicos: quanto mais transistores e quanto menores e mais próximos, há mais calor gerado e menos integridade de dados. Portanto, para continuar com a evolução no campo do armazenamento de dados, novas técnicas precisam ser desenvolvidas.

E, se depender da IBM, uma verdadeira revolução tecnológica está para acontecer. Em vez de continuar diminuindo transistores de tamanho, os pesquisadores da companhia resolveram partir de outro ponto de vista: construir as estruturas necessárias para armazenar dados manipulando átomos.

Com avanço da IBM, 1 bit passa a ocupar apenas 12 átomos (Fonte da imagem: Reprodução/IBM)

Manipulando átomos

Um bit é a unidade básica de dados compreendida pelo computador e pode abrigar apenas dois valores: 1 ou 0. Ele pode ser comparado a um interruptor de luz, que só assume os estados de “ligado” ou “desligado”. Pois apesar de esse ser um dado muito pequeno, saiba que o disco rígido do seu computador precisa de cerca de 1 milhão de átomos para armazenar um bit.

Para a IBM, parece claro que, se quisermos construir dispositivos de armazenamento mais densos, ou seja, que possam armazenar mais dados em um espaço cada vez menor, as mudanças precisam ser em nível atômico. Com isso, pesquisadores da empresa foram capazes de produzir a menor memória magnética do mundo, que exige apenas 12 átomos para armazenar 1 bit.

Esse processo de armazenamento foi realizado com a manipulação das propriedades magnéticas de átomos de ferro, fazendo com que eles fossem alinhados de maneira específica e que não pudessem, por exemplo, interferir em grupos de átomos vizinhos.

Como chegaram ao número de 12 átomos?

Para realizar esse feito, a equipe liderada pelo pesquisador Andreas Heinrich usou um microscópio de tunelamento, equipamento inventado em 1981 e que permite a captura de imagens de átomos e moléculas por meio de uma agulha microscópica que aplica uma tensão elétrica sobre o objeto de estudo.

Tecnologia nova será 100 vezes mais densa do que a dos discos atuais (Fonte da imagem: Reprodução/IBM)

Com esse microscópio, os cientistas puderam posicionar os átomos de ferro, um a um, em uma superfície feita de cobre e nitrogênio. Ao realizar esse trabalho meticuloso, a equipe pôde perceber o quão pequena poderia ser uma estrutura capaz de armazenar dados e, pelo visto, o limite está estabelecido em 12 átomos.

A principal razão para que o limite mínimo dessa estrutura seja de 12 átomos é o fato de que, abaixo disso, o efeito quântico começa a aparecer. Quando testadas com seis átomos, por exemplo, os pesquisadores perceberam que essas partículas mudavam de orientação cerca de mil vezes por segundo, o que faria com que o dado armazenado fosse perdido.

Com oito átomos, essa mudança acontecia apenas uma vez por segundo. Mas, com 12, não havia mudança, ou seja, os átomos de ferro passam a agir como se fossem um ímã de verdade, capazes de armazenar um bit de maneira estável e confiável.

(Fonte da imagem: Reprodução/IBM)

Na imagem acima, por exemplo, você pode ter uma ideia de como ficariam os átomos responsáveis por armazenarem a palavra “THINK” (pensar), que tem sido usada como uma espécie de mantra pela IBM há décadas.

Investimento para o futuro

Obviamente, os feitos conquistados por Heinrich e sua equipe ainda são muito iniciais e experimentais. Os pesquisadores acreditam que as primeiras tecnologias provenientes desse estudo possam surgir daqui a cinco ou dez anos e, até lá, é provável que o custo desse processo também se torne mais barato.

Além disso, a pesquisa pode render avanços no campo da computação quântica, já que os cientistas podem tentar usar o mesmo método para manipular o efeito quântico, talvez com materiais diferentes do que estão sendo usados atualmente. Vale a pena ficar de olho para ver o que o futuro nos reserva.