Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udowodnili, że informację można zapisać nie tylko w fizyczny, ale też w chemiczny sposób. W klasycznej informatyce informację zapisuje się w bitach, w informatyce kwantowej – w bitach kwantowych, czyli kubitach. Zdaniem badaczy z IChF PAN, rolę chemicznego bitu – chitu – może pełnić prosty układ trzech stykających się kropel, w których zachodzą reakcje oscylacyjne.
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. Dr inż. Konrad Giżyński oraz prof. dr hab. Jerzy Górecki z IChF PAN pokazali działającą pamięć innego typu, zbudowaną w oparciu o zjawiska chemiczne. Pojedynczy bit jest tu przechowywany w trzech stykających się ze sobą kroplach, między którymi stabilnie, cyklicznie i w ściśle określony sposób propagują się fronty reakcji chemicznych.
Chemicznym fundamentem tej pamięci są zachodzące w odpowiednio przygotowanych roztworach reakcje Biełousowa-Żabotyńskiego. Ich przebieg ma charakter oscylacyjny - gdy jeden cykl się kończy, w roztworze odtwarzają się substancje niezbędne do rozpoczęcia kolejnego cyklu. Nim reakcja ustanie, zwykle dochodzi do kilkudziesięciu, a nawet kilkuset oscylacji. Towarzyszą im regularne zmiany koloru roztworu, za które odpowiada ferroina, katalizator reakcji. Drugim katalizatorem używanym przez warszawskich naukowców był ruten, który powoduje, że reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego staje się światłoczuła. To oznacza, że przy intensywnym oświetleniu roztworu światłem niebieskim przestaje on oscylować. To pozwala kontrolować przebieg reakcji.
Nasz pomysł na chemiczne zapisywanie informacji był prosty. Z wcześniejszych doświadczeń wiedzieliśmy, że gdy krople z reakcjami Biełousowa-Żabotyńskiego się stykają, fronty chemiczne mogą propagować z kropli do kropli. Postanowiliśmy więc poszukać jak najmniejszych układów kropel, w których wzbudzenia mogłyby zachodzić na kilka sposobów, przy czym przynajmniej dwa byłyby trwałe - tłumaczy prof. Górecki. 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 - dodaje.
Doświadczenia prowadzono w naczyniu wypełnionym cienką warstwą roztworu lipidów w oleju. Do tak przygotowanego układu za pomocą pipety wprowadzano krople roztworu oscylującego i umieszczano je nad końcówkami światłowodów. Szybko okazało się, że układ dwóch kropel nie wystarczy. W takich układach najczęściej jedna kropla wzbudzała drugą. Niestety, zawsze stabilny był tylko jeden mod tego rodzaju, a my potrzebowaliśmy dwóch - mówi dr Giżyński.
Naukowcy z IChF PAN zajęli się więc trójkami stykających się kropel, rozmieszczonych na planie trójkąta tak, że każda kropla stykała się z dwiema sąsiednimi. Fronty chemiczne mogą tu się propagować na wiele sposobów. Autorów pracy zainteresowały mody rotacyjne, gdy fronty chemiczne przechodziły z kropli do kropli w sekwencji 1-2-3 lub odwrotnie: 3-2-1. Eksperymenty wykazały, że oba badane mody rotacyjne, zdolne do wielokrotnego powtórzenia cyklu wzbudzeń, są trwałe, i jeśli układ wejdzie w jeden z nich, pozostaje w nim aż do ustania reakcji Biełousowa-Żabotyńskiego. Właściwie dobierając czas i długość oświetlenia odpowiednich kropel można zmieniać kierunek rotacji wzbudzeń. To oznacza, że układ trzech kropel, wielokrotnie obieganych przez fronty chemiczne, był więc zdolny do trwałego przechowywania jednego z dwóch stanów logicznych.
Badania nad pamięcią zbudowaną z oscylujących kropel, sfinansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki, miały charakter podstawowy i służyły wyłącznie zademonstrowaniu, że trwałe przechowywanie informacji za pomocą reakcji chemicznych jest możliwe. Reakcje te odpowiadały jednak tylko za utrzymanie informacji, podczas gdy jej zapis i odczyt nadal wymagały metod fizycznych. Dopiero przekroczenie tego ograniczenia pozwoliłoby skonstruować w pełni chemiczną pamięć, która mogłaby się stać częścią chemicznego komputera. Naukowcy z Warszawy przyznają, że to jeszcze sprawa dalekiej przyszłości.
