密歇根大学研究人员的设备比过去的型号更节能，用途也更广泛
明尼阿波利斯/圣保罗(2023年6月6日)——明尼苏达大学双城分校领导的团队开发了一种新的超导二极管，这是电子设备的关键部件，可以帮助扩大量子计算机的工业应用规模，提高人工智能系统的性能。
与其他超导二极管相比，研究人员的设备更节能;可同时处理多个电信号;并且包含一系列控制能量流的门，这是超导二极管从未集成过的特性。这篇论文发表在《自然通讯》上。
在电路中，二极管允许电流以一种方式流动而不允许以另一种方式流动。它本质上是晶体管的一半，晶体管是计算机芯片的主要元素。二极管通常是用半导体制造的，但研究人员对用超导体制造二极管很感兴趣，因为超导体能够在传输能量的过程中不损失任何能量。
该论文的资深作者、明尼苏达大学物理与天文学院副教授 Vlad Pribiag 说:“我们想让计算机变得更强大，但以目前的材料和制造方法，我们很快就会遇到一些硬限制。”“我们需要新的方法来开发计算机，而目前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，我们正在思考超导技术可能有助于解决这一问题的方法。”
明尼苏达大学的研究人员利用三个约瑟夫森结(Josephson junction)创造了这个装置，这种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。
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。这一特性可以应用于神经形态计算，这是一种模拟大脑神经元功能的工程电路方法，以增强人工智能系统的性能。
该论文的第一作者、明尼苏达大学物理与天文学院的博士生 Mohit Gupta 解释说:“我们制造的设备接近于有史以来最高的能源效率，而且我们第一次展示了你可以添加栅极并施加电场来调节这种效果。”“其他研究人员以前也制造过超导设备，但他们使用的材料很难制造。我们的设计使用了更加工业友好的材料，并提供了新的功能。”
原则上，研究人员使用的方法可以用于任何类型的超导体，使其比该领域的其他技术更通用，更容易使用。由于这些品质，他们的设备更适合工业应用，并可以帮助扩大量子计算机的发展，以获得更广泛的应用。
“目前，所有的量子计算机器相对于现实世界的应用需求都是非常基本的，”Pribiag说。“为了让计算机足够强大，能够解决有用的复杂问题，扩大规模是必要的。很多人都在研究计算机或人工智能机器的算法和使用案例，这些算法和使用案例可能会超越传统计算机。在这里，我们正在开发能够使量子计算机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，并被集成到实用的机器中。”
这项研究主要由美国能源部资助，微软研究院和美国国家科学基金会也提供了部分支持。
除了Pribiag和Gupta，研究小组还包括明尼苏达大学物理与天文学院的研究生Gino Graziano和加州大学圣巴巴拉分校的研究人员Mihir Pendharkar、Jason Dong、Connor Dempsey和Chris palmstro。
