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液态金属镓让柔性计算系统成为可能

时间:2018-08-23  已阅读过:次

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液态金属让高度灵活性、智能性和可控性的柔性计算系统成为可能

液态金属以其独特性能进入科学家的视野中。

不同于一般的导电介质,液态金属在不同的环境下导电性也有差异。这一看上去微不足道的变化,在科学家眼中则有重大价值。

惊奇地发现,温度不同、氧化程度不同以及磁场强度环境不同,液态金属的导电性会呈现出极大的差异。因此,就像通过对晶体管电压的控制来构建运算基础一样,科学家可以通过改变外界的环境,借助对液态金属状态的控制,并以它在不同状态下的导电差异作为可控的逻辑计算单元。

“比如,借助温度调控装置,改变液态金属所处的环境温度,使其在固液两种状态之间切换。因为固态和液态形态下电阻值不同,我们就可以把它理解为‘0’和‘1’的状态,比如把固态状态定为‘1’,液态状态则为‘0’”。以此为基础就能构建基于液态金属的记忆与逻辑单元,甚至计算系统。

正因为这种特性,使液态金属可以成为计算的核心逻辑单元,从而带来革新传统计算机的可能性。不同于传统的电子计算机,从宏观到纳米尺度的金属液滴,可以通过多种物理场效应,在液体环境下组装出逻辑器件并对其进行编程。

传统计算机以顺序执行指令的方式运行,液态金属构建的计算机,由于能通过多种方式同时进行编程,一次可同时执行多个指令,具有高度并行性的特点,因此运算速度上可能更快。液态金属也具有更好的散热性能,发热量更小。此外,液态金属还兼具流体的柔性、可任意变形的特征,能够制作柔性的液体电子乃至半导体单元。

正如物理学家与计算机专家的预测,量子计算可能是新一代计算机的重要形式。液态金属如何给量子计算机发展添薪加火?

与传统计算机不同,量子计算机利用量子叠加和量子纠缠来实现逻辑运算。量子计算机的运算模式,决定了量子算法的上限和潜力远高于经典算法。不过,在核心的器件和物理实现方法上,当前量子计算机和传统计算机一样,都由固体的器件组成。比如,量子计算机的一种核心逻辑单元——超导隧道效应器件的结构一般由中间层和两侧构成,中间层是一块绝缘的薄层,两侧为导电介质电极。

“理论上说,由于这些结构是固体的,形状无法变形、分割,一旦制备出来,一般只能按其特定结构实现对应功能,应用可能受到限制。”

如果器件全部是液态将会怎样?为此提出了一种全液态量子器件和制备方法,发现由于液体的柔性和可变形性,表面易于达到原子级别的完美光滑度。同时全液态量子器件的中间液层的厚度可以通过力场、电场、磁场等多种物理场来调控,液膜间隙可达到极小尺度甚至完全消失,满足实现量子计算机运行对尺度的要求。如此,整个系统要实现高度的灵活性、智能性和可控性就成为可能。

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