不需电流进行计算 _纳米

Notre Dame大学的Amlani等人将一种在纳米尺度上运行、几乎不需电流的全新计算方式的实际应用往前推进了一步。研究人员在不牺牲运算速度或运算能力的前提下，不断缩小半导体工艺的尺寸。然而当电子设备缩小到经典物理的极限时，会进入量子状态。能否制造一种计算机，它不仅能克服这一极限，还能利用材料在纳米尺度上量子状态下的独特性能呢？量子点元包自动机(QCA)是解决这一问题的一个可能方案。计算机遵循的是二进制法则，传统的计算机用晶体管的通电(开)或断电(关)的状态的迅速变化来表示0和1的序列。剑桥大学Smith在相关视点文章中指出，在QCA方式中，每个元包含有四个量子点，量子点是极小的半导体，其尺度之小足以把电子限制在量子陷井中。量子点分布在方形的四个角并由隧道结相连。当在元包中引入两个多余电子时，经典的排斥会使电子进入对角点。此时量子物理的妙处起作用了：不同对角点的“极化”是元包的两个能量相当的基态，任何一个基态可以对应二进制中的0或1 。加入一个小的电荷可以改变一个对角极化状态(0)为另一个对角极化状态(1) 。从理论上讲，如果把这样的元包排成行，只需初始的外加电荷极化第一个元包，它会极化它相邻的元包，依此类推会形成多米诺效应，从而传递二进制的信息。当然，要使极化流发挥作用，必须用一个门来控制，这也正是Amlani等人的贡献：他们用元包自动机演示了一个可控的逻辑门。然而，还有很多的工作要做，其中一点是作者的装置仅在-272.9℃的低温下才能运行。