超越1和0工程师们提高了创造晶体管替代品的潜力

　　超越1和0:工程师们提高了创造晶体管替代品的潜力
　　几十年来，电脑和类似的电子设备变得更快、更小，因为电脑芯片制造商已经学会了如何缩小单个晶体管的体积。晶体管是一种传递数字信息的微型电子开关。科学家们对尽可能小的晶体管的追求使得更多的晶体管被封装到每个芯片上。但这种＂往下看＂的竞赛几乎已经结束:研究人员正迅速接近晶体管尺寸的物理最小值，最近的模型已降至约10纳米(即仅30个原子)宽。
　　德克萨斯大学达拉斯分校材料科学与工程学教授Kyeongjae Cho博士说:＂电子设备的处理能力来自于一个电脑芯片上连接的数亿甚至数十亿个晶体管。＂＂但我们正迅速接近规模的下限。＂
　　为了扩大对更快处理速度的追求，微电子工业正在寻找替代技术。赵的研究发表在4月30日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志网络版上，该研究可能会通过扩大晶体管的词汇量来提供一种解决方案。传统晶体管只能传递两种信息:作为开关，晶体管要么是开着的，要么是关着的，这就转换成了二进制语言中的1和0。
　　在不增加晶体管的情况下提高处理能力的一种方法是，通过在二进制器件的开、关状态之间引入中间状态，来增加每个晶体管所传递的信息量。基于这一原理的所谓多值逻辑晶体管将允许在一个设备中处理更多的操作和更多的信息。＂多值逻辑晶体管的概念并不新鲜，已经有很多人尝试制造这样的设备，＂Cho说。＂我们做到了。＂
　　通过理论、设计和仿真，德州大学达拉斯分校的Cho团队开发了一种基于氧化锌的多值逻辑晶体管的基础物理。他们在韩国的合作者成功地制造并评估了一个原型设备的性能。Cho的设备能够在0到1之间实现两种电子稳定可靠的中间状态，将每个晶体管的逻辑值从2个增加到3个或4个。赵承熙说，这项新研究意义重大，不仅因为这项技术与现有的计算机芯片配置兼容，而且还因为它可以在今天的计算机和量子计算机之间架起一座桥梁。量子计算机是计算能力的潜在下一个里程碑。
　　传统的计算机使用精确的1和0值来进行计算，而量子计算机的基本逻辑单元更具有流动性，其值可以同时存在于1和0的组合中，也可以介于两者之间。尽管大规模量子计算机尚未实现商业化，但理论上认为它们能够存储更多的信息，并能比目前的计算机更快地解决某些问题。＂一个包含多级逻辑的设备将比传统的计算机更快，因为它将不仅仅使用二进制逻辑单元。有了量子单位，就有了连续的值。＂＂晶体管是一项非常成熟的技术，量子计算机离商业化还很远，＂他继续说。＂这是一个巨大的差距。那么我们如何从一个移动到另一个呢?我们需要某种进化途径，一种在二元和无限自由度之间架起桥梁的技术。我们的工作仍然基于现有的设备技术，所以它不像量子计算那样具有革命性，但它正在朝着这个方向发展。＂
　　Cho和他的同事开发的这项技术使用了两种氧化锌的新结构，它们结合在一起形成了复合纳米层，然后在超晶格中与其他材料层结合。研究人员发现，他们可以通过在非晶态氧化锌中嵌入氧化锌晶体(称为量子点)来实现多值逻辑所需的物理特性。由非晶态固体组成的原子不像晶体固体那样有严格的规则。
　　＂通过对这种材料进行工程设计，我们发现我们可以创造出一种新的电子结构，使这种多层次的逻辑行为成为可能，＂已经申请了专利的Cho说。＂氧化锌是一种著名的材料，它往往会形成晶体固体和非晶态固体，所以它是一个显而易见的选择开始，但它可能不是最好的材料。我们的下一步将着眼于这种行为在其他材料中有多普遍，因为我们试图优化技术。＂展望未来，我还想看看我们如何将这项技术与量子设备结合起来。＂