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)金屬可以用來制造計算機核心電子元件，進而引發(fā)計算機的革命?不久前，我國一個研究小組發(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(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展。相關(guān)論文近日公布在美國物理學(xué)預(yù)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量子態(tài)的操縱。量子計算機在物理實現(xiàn)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(yīng)，即電子像沿著隧道一樣穿過薄的絕緣層。

　　研究項目負責(zé)人、中科院理化所與清華大學(xué)雙聘教授劉靜說，目前幾乎所有實現(xiàn)量子隧穿效應(yīng)的器件均由一個三明治剛體結(jié)構(gòu)組成，中間層為絕緣的納米尺度薄層，兩側(cè)為導(dǎo)電介質(zhì)電極。而具體實現(xiàn)的材料，中間層通常為絕緣材料，兩側(cè)區(qū)域為金屬導(dǎo)體或超導(dǎo)體。這些結(jié)構(gòu)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(diào)整，整個器件的形狀無法變形、分割，一旦制備出來，一般只能按其特定結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對應(yīng)功能，在應(yīng)用上會受到一定限制。

　　液態(tài)金屬既具有金屬的高導(dǎo)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(yīng)用物理快報》上的一項實驗發(fā)現(xiàn)，液態(tài)金屬置于液體中會自然形成一個“液態(tài)金屬電極—液膜—液態(tài)金屬電極”的三明治結(jié)構(gòu)，在外界因素作用下可靈活變形。取決于不同的外加電場作用，液膜間隙可達極小尺度甚至完全消失，其兩側(cè)電阻會隨此尺寸和結(jié)構(gòu)的變化作對應(yīng)響應(yīng)。因此，如果將兩個液態(tài)金屬之間的液膜厚度控制在一定范圍內(nèi)，則有望實現(xiàn)全液態(tài)量子隧穿效應(yīng)。

　　基于此理論構(gòu)想，由中科院理化所、清華大學(xué)與云南大學(xué)等機構(gòu)組成的聯(lián)合研究小組，首次提出了一種突破傳統(tǒng)剛性量子器件觀念的全液態(tài)量子隧穿效應(yīng)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)明專利。

　　業(yè)界專家表示，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現(xiàn)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(tǒng)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(yīng)發(fā)明專利的基本架構(gòu)和核心器件已獲得受理，系國際上該領(lǐng)域的全新嘗試。