陈根：新型超导二极管的超级性能

文/陈根

据《自然新型超导二极管可以提高量子计算机和人工智能的性能。·通讯》杂志最新发表的论文介绍，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。该器件具有更节能的优势，可一次处理多个电信号，还包含一系列控制能量流动的门；设备中的关键部件有助于扩大量子计算机的规模以供工业使用，还能提高人工智能系统的性能。相比较而言，传统的二极管则不具备这样的功能优势。

“我们想让计算机变得更强大，但目前的材料和制造方法很快就会达到一些硬性限制。因为目前的二极管通常是由半导体制成，存在着能量消耗过大的问题。” 明尼苏达大学物理与天文学院副教授Vlad Pribiag说，“我们需要新的方法来开发计算机，而首要解决的便是能耗的问题，在这方面，超导体往往具有更大的优势，因为它能够在不损失任何功率的情况下传递能量。”

基于这个思路方向，研究人员使用了三个约瑟夫森结创建了新设备，这些结是通过将非超导材料夹在超导体之间制成的。在这种情况下，将超导体与半导体层连接起来的独特设计，可以让研究人员使用电压来控制设备的行为。

该设备还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。这一功能可以应用于神经形态计算，这是一种设计电路以模仿神经元在大脑中的功能方式来提高人工智能系统性能的方法。

明尼苏达大学物理与天文学院的博士生Mohit Gupta解释道：“我们制造的设备具有接近有史以来最高的能效。同时，我们的设计使用了更适合工业的材料，并提供了新的功能。”原则上，研究人员使用的方法可用于任何类型的超导体，使其比该领域的其他技术更通用也更便于使用。基于这些品质的设备将有助于扩大量子计算机的开发规模，以实现更广泛的应用。

Pribiag说：“相对于现实世界应用的需求，所有的量子计算机器都是非常基本的。为了拥有一台足够强大的计算机来解决有用的复杂问题，扩大规模是必要的。很多人正在研究可能优于经典计算机的计算机或人工智能机器的算法和使用案例。在这里，我们正在开发硬件，使量子计算机能够实现这些算法。