重大突破 多值逻辑晶体管诞生 芯片处理速度将产生质的飞跃

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随着科技技术和现代工艺的蓬勃发展，计算机产品和其他电子设备在过去的几十年里发生了翻天覆地的变化，功能不断提升的同时，越来越小型化。电子芯片制造商已经学会了在有限的芯片面积上不断的缩小单个晶体管的尺寸，也就是缩小那些传递数字信息的微型电子开关的尺寸。

科学家们对最小晶体管的追求使得更多的晶体管能被封装在单个芯片上，但这场不断寻求极限的竞赛很快就要结束了：研究人员正在迅速接近晶体管尺寸的物理最小值，目前最小的模型已经降到了10nm左右，这个尺寸仅仅相当于30个原子的宽度。
7 E( q7 S: N" f4 m) _7 ~3 t2 n德克萨斯大学达拉斯分校材料科学与工程赵教授赵介绍说：电子设备的处理能力来自于数亿或数十亿的晶体管，它们在一块芯片上相互连接，我们正在迅速接近它的下限。
为了实现对芯片处理速度的不断追求，微电子工业正在寻找可能的替代技术。根据最近的媒体报道，赵教授的团队正在试图通过扩展晶体管的"词汇量"来提供解决方案。
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, `) _2 ]) N: b+ e7 U: R, \如果你对以前课本中的知识还有印象，你一定会记得传统的晶体管只能传递两个信息值，开或者关，也就是我们在二进制语言中常说的1和0。
在不增加晶体管数量的情况下增加芯片的处理能力的一种方法，是通过在开关器件的开关状态之间再引入中间态来增加每个晶体管能传递的信息量。基于这一构思的所谓多值逻辑晶体管将允许在单个设备中处理更多的操作和更多的信息。
4 G5 ~" {; y' l! u赵教授介绍说，多值逻辑晶体管的概念并不新鲜，之前已经有许多尝试来制造这样的器件，很高兴，现在我们做到了。
通过理论，设计和模拟，研究团队在德州大学达拉斯分校开发出了一种基于氧化锌的多值逻辑晶体管的物理原型，并评估了原型装置的性能。
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新型的多值逻辑晶体管能够在0到1之间实现两种稳定可靠的中间状态，使每个晶体管所能表达的逻辑值从2个增加到3个或4个。
研究人员认为，这项新的研究具有重要意义，不仅因为这项技术与现有的计算机芯片配置兼容，而且还因为它可以弥合当今计算机与量子计算机之间的差距，量子计算机是计算能力的下一个潜在里程碑。
传统计算机使用精确的1和0值进行计算，但量子计算机的基本逻辑单元更具流动性，其值可以同时或在其间的任何位置以1和0的组合形式存在。尽管大规模量子计算机尚未在商业上实现，但理论上说，它们能够存储更多的信息，并比当前的计算机更快地解决某些问题。
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6 `' S% B9 j/ A; ^9 o6 K$ f一个设备如果包含多级逻辑，它的处理速度必然比传统的计算机更快，因为它将操作的不仅仅是二进制逻辑单元。对于量子单位，你有连续的值。
晶体管是一项非常成熟的技术，量子计算机离商业化还有很远的距离。其间有一个必须面对的问题，我们如何从一个走向另一个呢？我们需要某种进化途径，一种二元和无限自由度之间的桥梁技术。我们的工作仍然基于现有的设备技术，因此它没有量子计算那么具有革命性，但它正在朝着这个方向发展。
- |- P# u4 ^. S赵教授和他的团队开发的技术使用了两种形式的氧化锌的新结构，结合在一起形成一个复合纳米层，然后与超晶格中的其他材料层结合在一起。他们发现，可以通过将被称为量子点的氧化锌晶体嵌入到无定形氧化锌中，从而实现多值逻辑所需的物理学实例。构成非晶态固体的原子不像它们在晶体固体中那样有序。

通过对这种材料进行工程设计，研究人员发现可以创造一种新的电子结构，使这种多层次的逻辑行为成为可能。氧化锌是一种普通常见材料，它往往同时形成晶态固体和非晶态固体，所以它对于研究人员来说是一个不错的选择，但它可能还不是最好的材料。研究团队计划下一步在优化这项技术时，观察这种行为在其他材料中的普遍性。
目前，这项研究已经得到了韩国国家研究基金会的支持。
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