Στην κλασική επιστήμη των υπολογιστών, οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε δυαδικά ψηφία. Στην κβαντική επιστήμη των υπολογιστών, οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε κβαντικά δυαδικά ψηφία ή qubits. Τα πειράματα στο Ινστιτούτο Φυσικής Χημείας της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών στη Βαρσοβία αποδεικνύουν ότι η χημεία είναι επίσης μια κατάλληλη βάση για την αποθήκευση πληροφοριών. Το χημικό κομμάτι ή το «chit» είναι μια απλή διάταξη τριών σταγονιδίων σε επαφή μεταξύ τους, στα οποία συμβαίνουν ταλαντευτικές αντιδράσεις.

Στην τυπική ηλεκτρονική μνήμη, το 0 και το 1 αυτά καταγράφονται, αποθηκεύονται και διαβάζονται από φυσικά φαινόμενα όπως η ροή ηλεκτρισμού ή η αλλαγή στις ηλεκτρικές ή μαγνητικές ιδιότητες. Ο Dr. Konrad Gizynski και ο καθηγητής Jerzy Gorecki από το Ινστιτούτο Φυσικής Χημείας της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών (IPC PAS) στη Βαρσοβία, δημιούργησαν και παρουσίαν μια μνήμη που βασίζεται σε χημικά φαινόμενα. Ένα μοναδικό κομμάτι αποθηκεύεται εδώ σε τρία γειτονικά σταγονίδια, μεταξύ των οποίων τα μέτωπα χημικής αντίδρασης διαδίδονται σταθερά, κυκλικά και με αυστηρά καθορισμένο τρόπο.

Η χημική βάση αυτής της μνήμης είναι η αντίδραση Belousov-Zhabotinsky (BZ). Η πορεία της αντίδρασης είναι ταλαντευόμενη. Όταν ολοκληρωθεί ένας κύκλος, τα αντιδραστήρια που είναι απαραίτητα για την εκκίνηση του επόμενου κύκλου ανασυσταίνονται στο διάλυμα. Πριν σταματήσει η αντίδραση, συνήθως υπάρχουν αρκετές δεκάδες έως εκατοντάδες ταλαντώσεις. Συνοδεύονται από μια κανονική αλλαγή στο χρώμα του διαλύματος, που προκαλείται από τη σιδηροχρωμική ένωση - τον καταλύτη αντίδρασης. Ο δεύτερος καταλύτης που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές της Βαρσοβίας ήταν το ρουθήνιο. Η εισαγωγή του ρουθηνίου αναγκάζει την αντίδραση BZ να γίνει φωτοευαίσθητη - όταν το διάλυμα φωτίζεται από το μπλε φως παύει να ταλαντεύεται. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά δυνατό τον έλεγχο της πορείας της αντίδρασης. "Η ιδέα μας για τη χημική αποθήκευση των πληροφοριών ήταν απλή.

Από τα προηγούμενα πειράματά μας γνωρίζαμε ότι όταν τα σταγονίδια Belousov-Zhabotinsky έρχονται σε επαφή, τα χημικά μέτωπα μπορούν να μεταδοθούν από σταγονίδια σε σταγονίδια. Έτσι αποφασίσαμε να αναζητήσουμε τα μικρότερα συστήματα σταγονιδίων στα οποία οι διεγέρσεις θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν με διάφορους τρόπους, με τουλάχιστον δύο να είναι σταθεροί. Θα μπορούσαμε τότε να εκχωρήσουμε σε μία ακολουθία διεγέρσεων μια λογική τιμή 0, στην άλλη 1. Για να αλλάξουμε μεταξύ τους και να αναγκάσουμε μια συγκεκριμένη αλλαγή της κατάστασης μνήμης, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε φως", εξηγεί ο καθηγητής Gorecki.

Τα πειράματα διεξήχθησαν σε ένα δοχείο γεμάτο με ένα λεπτό στρώμα λιπιδικού διαλύματος σε έλαιο (δεκάνιο). Μικρές ποσότητες ταλαντούμενου διαλύματος προστέθηκαν στο σύστημα με σταγονίδια σχηματισμένα με σιφώνιο. Αυτά τοποθετήθηκαν πάνω από τα άκρα των οπτικών ινών που βρίσκονταν στη βάση του δοχείου. Για να αποτραπεί η ολίσθηση των σταγονιδίων από τις οπτικές ίνες, κάθε μία ακινητοποιήθηκε με αρκετές ράβδους που προξήχαν από τη βάση του δοχείου.

Η έρευνα άρχισε με μια μελέτη ζευγών συζευγμένων σταγονιδίων στα οποία μπορούν να πραγματοποιηθούν τέσσερις τύποι ταλαντώσεων: Το πρώτο σταγονίδιο διεγείρει το σταγονίδιο δύο. Το σταγονίδιο δύο διεγείρει το σταγονίδιο ένα. Και τα δύο σταγονίδια διεγείρουν το ένα το άλλο ταυτόχρονα. Και τα δύο διεγείρουν το ένα το άλλο εναλλάξ (δηλαδή όταν κάποιο διεγείρεται, το άλλο βρίσκεται στην δύστηκτη φάση).

Τα πειράματα έδειξαν ότι και οι δύο μορφές περιστροφής που μελετήθηκαν είναι σταθερές και αν ένα σύστημα εισέλθει σε ένα από αυτά, παραμένει μέχρι να σταματήσει η αντίδραση Belousov-Zhabotinsky. Αποδείχθηκε επίσης ότι με σωστή επιλογή του χρόνου και του μήκους του φωτισμού των κατάλληλων σταγονιδίων, η κατεύθυνση περιστροφής των διεγέρσεων μπορεί να αλλάξει. Το σύστημα τριπλών σταγονιδίων, με πολλαπλά χημικά μέτωπα, ήταν έτσι ικανό να αποθηκεύει μόνιμα μία από τις δύο λογικές καταστάσεις, 0 και 1.

"Στην πραγματικότητα, το χημικό κομμάτι μας έχει ελαφρώς μεγαλύτερο δυναμικό από το κλασικό bit. Οι περιστροφικοί τρόποι που χρησιμοποιήσαμε για να καταγράψουμε καταστάσεις 0 και 1 είχαν τις μικρότερες περιόδους ταλάντωσης 18,7 και 19,5 δευτερόλεπτα αντίστοιχα. Έτσι, αν το σύστημα έχει ταλαντευτεί πιο αργά, θα μπορούσαμε να μιλήσουμε για μια επιπλέον τρίτη λογική κατάσταση, η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε καταστάσεις επαλήθευσης.

Η πορεία αυτών των χημικών αντιδράσεων είναι ταλαντευόμενη – όταν ολοκληρώνεται ένας κύκλος τα αντιδραστήρια που είναι απαραίτητα για την έναρξη του επόμενου κύκλου αναδημιουργούνται στο διάλυμα και η αντίδραση επαναλαμβάνεται. Μέχρι να σταματήσει η αντίδραση, συνήθως πραγματοποιούνται εκατοντάδες επαναλήψεις. Το διάλυμα αλλάζει χρώμα σε τακτά χρονικά διαστήματα εξαιτίας των περιοδικών μεταβολών στην συγκέντρωση ενός συμπλόκου του σιδήρου που χρησιμοποιείται ως καταλύτης. Ο δεύτερος καταλύτης που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές της Βαρσοβίας ήταν το ρουθήνιο. Η εισαγωγή του ρουθηνίου κάνει την αντίδραση Belousov-Zhabotinsky ευαίσθητη στο φως – όταν το διάλυμα φωτίζεται με μπλε φως, παύει να ταλαντεύεται.

Μελετώντας τους τρόπους ταλάντωσης σταγονιδίων σε επαφή, οι Gizynski και Gorecki κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι τριάδες σταγόνων – η μία να βρίσκεται σε επαφή με τις δυο άλλες, σχηματίζοντας τρίγωνο – κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θα μπορούσαν να αποτελέσουν το χημικό bit ή chit. 

Η αποθήκευση των πληροφοριών βασίζεται σε χημικές μεθόδους, η καταγραφή και η ανάγνωσή τους, όμως, απαιτούν φυσικές μεθόδους. Μπορεί προς το παρόν να μην φαίνεται πρακτικός ένας υπολογιστής που θα αποθηκεύει τις πληροφορίες με chits, αλλά αυτό στο μέλλον μπορεί να αλλάξει. Έτσι κι αλλιώς θα χρειαστούν αρκετά χρόνια για να κατασκευαστεί ένας λειτουργικός «χημικός» υπολογιστής.