中國在國際上首次提出全液態(tài)量子器件與計算技術(shù)概念

　　液態(tài)金屬可以用來(lái)制造計算機核心電子元件，進(jìn)而引發(fā)計算機的革命?不久前，我國一個(gè)研究小組發(fā)表了一項成果，在國際上首次提出了基于液態(tài)金屬的全液態(tài)量子器件技術(shù)的概念，并明確指出這一超越傳統的可變形柔性器件，有望助推新一代量子計算機和人工智能系統的發(fā)展。相關(guān)論文近日公布在美國物理學(xué)預印本網(wǎng)站上。

　　量子計算機被普遍認為是新一代計算機的重大發(fā)展方向，其計算能力主要基于對微觀(guān)量子態(tài)的操縱。量子計算機在物理實(shí)現上要走向集成化和小型化，其最為核心的一種邏輯運算器件是依托量子隧穿效應，即電子像沿著(zhù)隧道一樣穿過(guò)薄的絕緣層。

　　研究項目負責人、中科院理化所與清華大學(xué)雙聘教授劉靜說(shuō)，目前幾乎所有實(shí)現量子隧穿效應的器件均由一個(gè)三明治剛體結構組成，中間層為絕緣的納米尺度薄層，兩側為導電介質(zhì)電極。而具體實(shí)現的材料，中間層通常為絕緣材料，兩側區域為金屬導體或超導體。這些結構由于是固體器件，制造精度要求極高，中間層厚度不易靈活調整，整個(gè)器件的形狀無(wú)法變形、分割，一旦制備出來(lái)，一般只能按其特定結構實(shí)現對應功能，在應用上會(huì )受到一定限制。

　　液態(tài)金屬既具有金屬的高導電特征，又兼具流體的柔性和可變形性，表面易于達到原子級別的完美光滑度。該小組此前發(fā)表于美國《應用物理快報》上的一項實(shí)驗發(fā)現，液態(tài)金屬置于液體中會(huì )自然形成一個(gè)“液態(tài)金屬電極—液膜—液態(tài)金屬電極”的三明治結構，在外界因素作用下可靈活變形。取決于不同的外加電場(chǎng)作用，液膜間隙可達極小尺度甚至完全消失，其兩側電阻會(huì )隨此尺寸和結構的變化作對應響應。因此，如果將兩個(gè)液態(tài)金屬之間的液膜厚度控制在一定范圍內，則有望實(shí)現全液態(tài)量子隧穿效應。

　　基于此理論構想，由中科院理化所、清華大學(xué)與云南大學(xué)等機構組成的聯(lián)合研究小組，首次提出了一種突破傳統剛性量子器件觀(guān)念的全液態(tài)量子隧穿效應器件的思想，并給出了制備方法，部分材料和技術(shù)方案已經(jīng)形成發(fā)明專(zhuān)利。

　　業(yè)界專(zhuān)家表示，目前雖已能制造出尺寸在1納米左右的納米晶體管，但大量如此精細尺度的晶體管在實(shí)現電學(xué)互聯(lián)上存在巨大困難?？勺冃我簯B(tài)金屬量子材料與器件技術(shù)思想的提出，可能助推新一代量子計算與智能系統的制造和集成技術(shù)的突破。

　　基于液態(tài)金屬器件，該研究組還在早前于國際上首次提出了液態(tài)金屬計算機的基本概念和技術(shù)方案，相應發(fā)明專(zhuān)利的基本架構和核心器件已獲得受理，系國際上該領(lǐng)域的全新嘗試。