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能效更高的新型超导二极管面世有望提升量子计算机和AI性能

2023-06-08 06:44:23 科技日报


(相关资料图)

新型超导二极管。 图片来源:明尼苏达大学双城分校

美国明尼苏达大学双城分校科学家开发出一种新型超导二极管,该器件更节能,可一次处理多个电信号,还包含一系列控制能量流动的门,而此前的超导二极管不具备这一功能。新型超导二极管有助扩大量子计算机的规模,提高人工智能(AI)系统的性能。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》杂志。

论文资深作者、物理与天文学院副教授弗拉德·普瑞比格指出,科学家希望使计算机变得更强大,但目前的材料和制造方法很快会出现一些硬件上的瓶颈,因此需要新方法来开发计算机,目前提高计算能力的最大挑战之一是其耗能太高。二极管通常由半导体制成,但科学家一直希望用超导体制造二极管,因为超导体能在不损失能量的情况下工作。

在最新研究中,普瑞比格团队使用3个约瑟夫逊结制造出了新超导二极管。这些约瑟夫逊结通过将非超导材料夹在超导体之间制成,随后他们让超导体与半导体层相连,这一独特设计使他们能用电压控制设备的行为。

结果显示,该设备能够处理多个信号输入,而典型的二极管只能处理一个输入和一个输出。这一功能可应用于神经形态计算,这种计算通过模仿神经元在大脑中的功能来提高AI系统的性能。

研究团队表示,该设备接近有史以来最高能效,而且他们首次证明了可添加门并施加电场来获得这些特性。新设计不仅所用材料更适合工业生产制造,还提供了新功能,原则上适用于任何类型的超导体,并有助于促进量子计算机的开发。(刘霞)