小到不能再小的晶體管，搭起通向量子設備的橋樑_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2019-06-04 09:22
編譯／雷鑫宇 審稿／阿淼 責編／唐林芳
研究人員開發了一種基於氧化鋅的多值邏輯晶體管。該晶體管將邏輯值增加至3~4個，有望成為連接傳統計算機和量子計算機的橋樑。
在新的晶體管中，兩種類型的氧化鋅結合形成了一種新的複合納米層（左圖）。計算機模型展示了新結構的電子密度分佈（右圖）。
幾十年來，芯片製造商不斷開發出縮小單個晶體管尺寸的方法，使得電腦等電子設備體積越變越小，運行速度越來越快。把更多的晶體管封裝到芯片上是計算機學家們不懈努力的目標。
phys.org網站5月30日報道，這種追求極致的競賽似乎已經快結束了：研究人員將晶體管模型的尺寸已經縮小到10納米級別，這可能是晶體管尺寸的物理最小值了。
材料科學與工程教授Kyeongjae Cho博士等開發了氧化鋅型多值邏輯晶體管。
美國德克薩斯大學達拉斯分校材料科學與工程教授Kyeongjae Cho博士説：“電子設備的運算處理能力取決於電腦芯片上搭載的數以億計的晶體管。我們正在接近晶體管規模化的下限。”
為了提高計算機的處理速度，微電子行業一直在尋找替代技術。Cho等通過擴大晶體管的“詞彙量”，提供了一種解決方案。
傳統晶體管只能傳遞“開/關”兩種信息，轉換為二進制語言就是1和0。如果想提高芯片處理能力，又不希望增加晶體管數量，那麼在二進制“開/關”狀態之間引入中間狀態，將是顯著提高每個晶體管傳遞信息量的好策略。基於這一原理的多值邏輯晶體管可以讓設備進行更多的操作，處理更多的信息。
晶體管越小，電腦的運行速度有望越快。
Cho説：“多值邏輯晶體管的概念並不新鮮，已經有很多研究人員進行過類似嘗試。而我們確實做到了這一點。”
通過理論、設計和仿真，Cho的團隊開發了一種基於氧化鋅的多值邏輯晶體管技術。他們的韓國合作方成功製造並評估了原型設備的性能：Cho的設備能夠在0和1之間實現兩種電子穩定的可靠中間狀態，從而將每個晶體管的邏輯值增加到3~4個。
量子計算機商業化還需要技術進步。
Cho認為，這項新成果的意義非常重大，它不僅與現有計算機芯片兼容，還能為傳統計算機和量子計算機架起聯繫的橋樑。
他説：“包含多級邏輯的設備比傳統計算機更優秀。量子計算機距離商業化還比較遙遠，但晶體管作為一項非常成熟的技術，還能持續發揮能量。傳統計算機和量子計算機之間存在着巨大的差異，人類需要有一種連通兩者的橋樑。我們的成果雖然不像量子計算機那樣具有革命性，但它正在朝着這個方向前進。”
Cho等在新技術中使用了兩種氧化鋅構成的複合納米層結構，並將其與超晶格中的其他材料進行了結合。研究人員發現，在非晶態氧化鋅中嵌入氧化鋅晶體，可滿足多值邏輯所需的物理特性。
Cho説：“通過工程設計，我們創造出了一種新的電子結構，從而使多層次的邏輯行為成為了現實。氧化鋅具有晶體固體和非晶態固體等形態，在研究伊始是一種不錯的選擇，但它可能並不是最理想的材料。我們將在下一階段對材料和設計進行優化。展望未來，我還希望看看這項技術如何與量子設備聯繫起來。”
期刊來源：《自然通訊》
期刊編號：2041-1723
原文鏈接：
https://phys.org/news/2019-05-boost-potential-successor-transistors.html
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