新技术使分子计算机实现任意演算

2011-5-03 09:33 来源: 中国科学院
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  日本自然科学研究机构分子科学研究所大森贤治教授领导的一个研究小组近日宣布,他们利用10万亿分之一秒的高强度红外激光脉冲,成功向一个分子中的量子力学原子状态(波函数)瞬间读入信息。

  现在的高速信息处理依赖基于硅晶体管的大规模集成电路,但更大规模的集成电路会由于绝缘体的幅度达到数个原子层水平后而出现电子渗出,导致过热和错误发生。最新的纳米技术由于同样以电荷为信息载体,因此也逃不过这一命运。为解决这一难题,研究小组选择了电子性质为中性的量子力学波函数作为信息载体进行试验。

  大森的研究小组之前曾成功利用0.3纳米尺寸的分子波函数,使超级计算机的傅里叶变换提高1000倍,验证了一个分子可以具有超高速计算机的功能。这一技术比以硅晶体管为基础的元件体积小1000倍,速度却提高1000倍以上。

  但是,分子内复数的波函数由于分子固有的性质,只能进行几种特定的计算。要实现任意演算,还需要开发出从外部置换分子内部信息的新技术。

  之前科学家们认为分子中不同能量状态的波函数不发生干扰,而此次研究小组发现,在10万亿分之一秒高强度红外激光脉冲的照射下,不同能量状态的波函数出现了干扰这一全新的物理现象。这种干扰现象可使分子内复数的波函数强度发生变化,进而可成功从外部读入信息。

  新成果意味着这一技术今后可能成为分子计算机的基础技术,研究小组还将对固体和液体中杂乱的波函数进行复元试验,以期建立分子计算机的基础技术。

  该研究成果最近发表于英国《自然·物理》杂志电子版。