科學(xué)家成功制造出世界上最小的晶體管，計(jì)算能力大大提高

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)與澳大利亞科學(xué)家成功制造出世界上最小的晶體管——由7個(gè)原子在單晶硅表面構(gòu)成的一個(gè)“量子點(diǎn)”，標(biāo)志著我們向計(jì)算能力的新時(shí) 代邁出了重要一步。

量子點(diǎn)（quantum dot）是納米大小的發(fā)光晶體，有時(shí)也被稱為“人造原子”。雖然這個(gè)量子點(diǎn)非常小，長(zhǎng)度只有十億分之四米，但卻是一臺(tái)功能健全的電子設(shè)備，也是世界上第一 臺(tái)用原子故意造出來(lái)的電子設(shè)備。它不僅能用于調(diào)節(jié)和控制像商業(yè)晶體管這樣的設(shè)備的電流，而且標(biāo)志著我們向原子刻度小型化和超高速、超強(qiáng)大電腦新時(shí)代邁出的 重要一步。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)量子電腦技術(shù)中心（CQCT）和美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校研究人員組成的一個(gè)聯(lián)合小組在最新一期的《自然—納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）雜志上詳細(xì)描述了這一發(fā)現(xiàn)。參與這項(xiàng)研究的量子電腦技術(shù)中心主任米歇爾-西蒙斯（Michelle Simmons）教授說(shuō)：“這項(xiàng)成就的重要性在于，我們不是令原子活動(dòng)或是在顯微鏡下觀測(cè)原子，而是操縱單個(gè)原子，以原子精度將其置于表面，以制造能工作的電子設(shè)備?！?/p>

“澳大利亞研究小組已可以完全利用晶體硅制造電子設(shè)備，我們?cè)诰w硅上面用磷原子替換了7個(gè)硅原子，并達(dá)到了驚人的精確度。這是重大的科技成就，是表明制造‘終極電腦’（用硅原子制造的量子電腦）可行性的關(guān)鍵一步?！睂⒃又糜谀硞€(gè)物體表面的技術(shù)——掃描隧穿顯微鏡——已問(wèn)世二十年之久。在此之前，沒(méi)人能利用該技術(shù)去制造原子精度的電子設(shè)備，然后令其處理來(lái)自微觀世界的電子輸入。

西蒙斯教授說(shuō)：“電子設(shè)備究竟能有多小？我們正在驗(yàn)證它的極限。澳大利亞的第一臺(tái)電腦在1949年上市，它占據(jù)了整個(gè)房間，你只能用手拿著零部件。今天，你可以將電腦放在手掌上，許多零部件的直徑甚至只是一根頭發(fā)直徑的千分之一。”

“現(xiàn)在我們已經(jīng)展示了世界上第一臺(tái)用硅材料在原子刻度下系統(tǒng)性制造的電子設(shè)備。這不僅對(duì)電腦用戶具有特別的意義，對(duì)所有澳大利亞人來(lái)說(shuō)都極為重要。過(guò)去50年來(lái)，電子設(shè)備小型化一直是驅(qū)動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)率快速增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。我們的研究表明，這個(gè)進(jìn)程仍可以繼續(xù)?！?/p>

美澳聯(lián)合研究小組的主要目標(biāo)是用硅原子制造量子電腦，澳大利亞人在該領(lǐng)域擁有獨(dú)一無(wú)二的人力資源，同時(shí)處于世界領(lǐng)先地位。這臺(tái)新電子裝置表明，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在原子刻度下制造和測(cè)量的技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始來(lái)臨。

目前，商業(yè)晶體管閘極（transistor gate，該裝置可令晶體管充當(dāng)電流的放大器或開(kāi)關(guān)）的長(zhǎng)度約為40納米（1納米相當(dāng)于十億分之一米），量子電腦技術(shù)中心的研究團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)長(zhǎng)度僅為 0.4納米的設(shè)備。

西蒙斯教授指出，20年前，唐-艾格勒（Don Eigler）和埃哈德-施魏策爾（Erhard Schweizer）在IBM公司的阿爾馬登研究中心，用氙原子造出了IBM公司的標(biāo)識(shí)，這也是當(dāng)時(shí)世界上最小的標(biāo)識(shí)。二人利用一臺(tái)掃描隧穿顯微鏡，將 35個(gè)氙原子置于鎳表面，拼出了“IBM”三個(gè)字母。

艾格勒和施魏策爾的研究論文發(fā)表于《自然》雜志上，他們寫(xiě)道：“設(shè)備小型化的基本原理是顯而易見(jiàn)的”。二人還在論文中多次提出警告，并在最后總結(jié)說(shuō)：“原子刻度的邏輯電路和其他設(shè)備的前景距離我們有些遙遠(yuǎn)?！蔽髅伤菇淌谡f(shuō)：“當(dāng)時(shí)看似遙遠(yuǎn)的事情如今變成了現(xiàn)實(shí)。我們利用這種顯微鏡不僅可以觀測(cè)或熟練操作原子，還能用7個(gè)原子制造原子精度的設(shè)備，令其在真實(shí)的環(huán)境中工作?！?br /> 責(zé)編AJX