用于提高人工智能和量子计算机性能的超导二极管

该论文发表在NatureCommunications上，这是一份涵盖自然科学和工程学的同行评审科学期刊。二极管允许电流在电路中以一种方式流动，但不允许以另一种方式流动。它本质上充当晶体管的一半——晶体管是计算机芯片中的主要元件。

二极管通常由半导体制成，这种具有电学特性的物质构成了大多数电子产品和计算机的基础，但研究人员对用超导体制造它们很感兴趣，超导体还能够在传输过程中不损失任何能量的情况下传输能量。

与其他超导二极管相比，研究人员的设备更节能，可以同时处理多个电信号，并包含一系列控制能量流动的门，这是以前从未集成到超导二极管中的功能。

“我们想让计算机更强大，但我们目前的材料和制造方法很快就会遇到一些硬性限制，”该论文的资深作者、明尼苏达大学学院副教授VladPribiag说。物理学和天文学。

“我们需要新的方法来开发计算机，而现在提高计算能力的最大挑战之一是它们消耗了太多的能量。因此，我们正在考虑超导技术可能对此有所帮助的方式。”

明尼苏达大学的研究人员使用三个约瑟夫森结创建了该设备，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，研究人员将超导体与半导体层连接起来。

该设备的独特设计允许研究人员使用电压来控制设备的行为。

他们的设备还具有处理多个信号输入的能力，而典型的二极管只能处理一个输入和一个输出。此功能可以应用于神经形态计算，这是一种工程电路的方法，可以模仿大脑中神经元的功能，从而提高人工智能系统的性能。

MohitGupta解释说：“我们制造的设备具有接近有史以来最高的能源效率，而且我们首次展示了您可以添加门并施加电场来调整这种效果，”该论文的作者和博士学位。明尼苏达大学物理与天文学院的学生。

“其他研究人员以前制造过超导设备，但他们使用的材料很难制造。我们的设计使用对行业更友好并提供新功能的材料。”

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、更易于使用。由于这些品质，他们的设备更适合行业应用，并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：“目前，相对于实际应用的需求，所有的量子计算机都非常基础。”

“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。许多人正在研究可以胜过传统计算机的计算机或AI机器的算法和用例。在这里，我们正在开发使量子计算机能够实现这些算法的硬件。这显示了大学播种这些想法的力量，这些想法最终会进入工业并被集成到实际机器中。”