Идея построения аналогов различных электронных устройств, основой функционирования которых служит тепло, отводимое от компьютера, была высказана довольно давно. Одной из последних разработок в этом направлении стало запоминающее устройство, представляющее данные с помощью теплоты (определенное значение температуры принимается за «0», другое, более высокое, — за «1»). Однако до настоящего момента развитие технологии сдерживала следующая проблема: процесс измерения температуры практически невозможно провести так, чтобы материал не нагрелся или не охладился, а это, естественно, приводит к изменению записанной в память величины.

Единственный функционирующий образец теплового выпрямителя, созданный специалистами Калифорнийского университета в Беркли. Устройство имеет микроскопические размеры, а строгого описания принципа его работы не существует (изображение из журнала Science).

По сообщению Лэй Вана из Университета Жэньминь (Китай) и Бао Вэнь Ли, представляющего Национальный университет Сингапура, им удалось придумать реализуемую на практике схему, которая позволит минимизировать разрушающее влияние измерительного прибора. Более того, ученые провели успешное тестирование компьютерной модели своей разработки.

Суть конструкции состоит в применении особых материалов, которые могут обмениваться друг с другом теплотой лишь при условии примерного равенства температур. Выбранный исследователями миниатюрный элемент памяти помещается между двух больших пластин; температура одной из них поддерживается на неизменно высоком уровне, причем теплообмен между ней и запоминающим устройством возможен лишь в том случае, когда последнее переходит в «разогретое» состояние, соответствующее положению «1». Другая пластина, напротив, сохраняется при низкой температуре и постоянно отбирает теплоту от микроскопического элемента.

Если в память записано значение «1», через запоминающее устройство проходит мощный тепловой поток от разогретой пластины, поддерживающий температуру на заданном уровне в процессе измерения. С переключением в положение «0» поток иссякает (сказывается увеличение разности температур), и уже холодная пластина помогает сохранять установленное состояние при снятии показаний.

Следует отметить, что к настоящему моменту учеными разработаны конструкции еще нескольких «тепловых» аналогов электронных компонентов. В частности, вышеупомянутая группа исследователей ранее уже представляла проекты термальных логического вентиля и транзистора, а в 2002 году команда специалистов из Италии, возглавляемая Джулио Касати (Giulio Casati), предложила схему выпрямителя (желающие могут скачать развернутое описание этого изобретения).

Все указанные устройства, впрочем, на практике реализованы не были: «тепловые» вычисления не могут составить конкуренцию традиционной электронике по скорости работы. Перспективы развития технологии, по мнению Бао Вэнь Ли, лежат в создании гибридных систем, использующих отработанное тепло для проведения вычислений.

Подготовлено по материалам NewScientist.