陳根：新型超導二極管的超級性能_風聞

文/陳根

據《自然·通訊》雜誌最新發表的論文介紹，美國明尼蘇達大學雙城分校科學家開發出一種新型超導二極管。該器件具有更節能的優勢，可一次處理多個電信號，還包含一系列控制能量流動的門；設備中的關鍵部件有助於擴大量子計算機的規模以供工業使用，還能提高人工智能系統的性能。相比較而言，傳統的二極管則不具備這樣的功能優勢。

“我們想讓計算機變得更強大，但目前的材料和製造方法很快就會達到一些硬性限制。因為目前的二極管通常是由半導體制成，存在着能量消耗過大的問題。” 明尼蘇達大學物理與天文學院副教授Vlad Pribiag説，“我們需要新的方法來開發計算機，而首要解決的便是能耗的問題，在這方面，超導體往往具有更大的優勢，因為它能夠在不損失任何功率的情況下傳遞能量。”

基於這個思路方向，研究人員使用了三個約瑟夫森結創建了新設備，這些結是通過將非超導材料夾在超導體之間製成的。在這種情況下，將超導體與半導體層連接起來的獨特設計，可以讓研究人員使用電壓來控制設備的行為。

該設備還能夠處理多個信號輸入，而典型的二極管只能處理一個輸入和一個輸出。這一功能可以應用於神經形態計算，這是一種設計電路以模仿神經元在大腦中的功能方式來提高人工智能系統性能的方法。

明尼蘇達大學物理與天文學院的博士生Mohit Gupta解釋道：“我們製造的設備具有接近有史以來最高的能效。同時，我們的設計使用了更適合工業的材料，並提供了新的功能。”原則上，研究人員使用的方法可用於任何類型的超導體，使其比該領域的其他技術更通用也更便於使用。基於這些品質的設備將有助於擴大量子計算機的開發規模，以實現更廣泛的應用。

Pribiag説：“相對於現實世界應用的需求，所有的量子計算機器都是非常基本的。為了擁有一台足夠強大的計算機來解決有用的複雜問題，擴大規模是必要的。很多人正在研究可能優於經典計算機的計算機或人工智能機器的算法和使用案例。在這裏，我們正在開發硬件，使量子計算機能夠實現這些算法。