科技新聞?dòng)?6月8日消息，美國(guó)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高效的“超導(dǎo)二極管”，在擴(kuò)展量子計(jì)算和增強(qiáng)AI系統(tǒng)中有潛在的應(yīng)用。這種設(shè)備可以同時(shí)處理多個(gè)信號(hào)，對(duì)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算非常有益。這種新型二極管采用了更適合工業(yè)的材料，為更廣泛的工業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。
這個(gè)新型超導(dǎo)二極管與其他超導(dǎo)二極管相比更節(jié)能，且可以同時(shí)處理多個(gè)電信號(hào)，并包含一系列門控制能量流動(dòng)，這是以前從未在超導(dǎo)二極管中集成過(guò)的功能。這篇論文發(fā)表在《自然通訊》上，這是一份經(jīng)過(guò)同行評(píng)審的科學(xué)期刊，涵蓋自然科學(xué)和工程領(lǐng)域。
二極管允許電流在電路中單向流動(dòng)，而不是另一種方式。它本質(zhì)上是晶體管的一半，晶體管是計(jì)算機(jī)芯片的主要元素。二極管通常由半導(dǎo)體制成，但研究人員對(duì)用超導(dǎo)體制造它們感興趣，因?yàn)槌瑢?dǎo)體具有在傳輸能量過(guò)程中不損失任何功率的能力。
“我們希望讓計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大，但是使用目前的材料和制造方法，我們很快就會(huì)遇到一些難以逾越的限制，”論文的高級(jí)作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)物理與天文學(xué)院副教授弗拉德普里比亞格（Vlad Pribiag）說(shuō)。“我們需要新的方法來(lái)發(fā)展計(jì)算機(jī)，目前提高計(jì)算能力的最大挑戰(zhàn)之一是它們消耗了太多的能量。所以，我們?cè)诳紤]超導(dǎo)技術(shù)如何幫助解決這個(gè)問(wèn)題。”
明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員使用三個(gè)約瑟夫森結(jié)（Josephson junctions）制造了這個(gè)設(shè)備，這些結(jié)是通過(guò)在超導(dǎo)體之間夾層非超導(dǎo)材料制成的。在這種情況下，研究人員用半導(dǎo)體層連接了超導(dǎo)體。設(shè)備獨(dú)特的設(shè)計(jì)使研究人員能夠使用電壓來(lái)控制設(shè)備的行為。
他們的設(shè)備還具有處理多個(gè)信號(hào)輸入的能力，而典型的二極管只能處理一個(gè)輸入和一個(gè)輸出。這個(gè)特性可以應(yīng)用于神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，這是一種模擬大腦中神經(jīng)元功能的電路工程方法，以提高人工智能系統(tǒng)的性能。
“我們制造的設(shè)備具有接近最高能效的性能，這是首次展示可以添加門并應(yīng)用電場(chǎng)來(lái)調(diào)整這種效應(yīng)，”論文的第一作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)物理與天文學(xué)院的博士生莫希特古普塔（Mohit Gupta）解釋道。“其他研究人員以前也制造過(guò)超導(dǎo)設(shè)備，但他們使用的材料制造起來(lái)非常困難。我們的設(shè)計(jì)使用更適合工業(yè)的材料，并提供新的功能。”
研究人員使用的方法原則上可以與任何類型的超導(dǎo)體一起使用，使其比該領(lǐng)域的其他技術(shù)更具通用性和易用性。正因?yàn)槿绱�，他們的設(shè)備更適合工業(yè)應(yīng)用，有助于擴(kuò)大量子計(jì)算機(jī)的開發(fā)，以便更廣泛地使用。（校對(duì)：quark）
