用光点亮逻辑工程师执行计算逻辑

研究人员首次利用电场和紫外线在化学装置上进行逻辑运算——计算的基础。这种设备和开创性的方法开辟了研究的可能性，包括低功耗和高性能的计算机芯片。

这台电脑需要升级。从智能手表到数据中心，所有计算机都有类似的组件，包括处理器和内存。这些半导体芯片包括硅床上的微型电子晶体管。这些设备不能做得更小，因为物质在它们接近的量子尺度上的行为。为此，工程师们设计了新的方法和材料来执行逻辑和存储功能。

来自东京大学化学和生物技术系的博士生矢野、讲师Yoshimitsu Itoh和Takuzo Aida及其团队开发了一种装置，该装置展示了用于计算的有用功能。传统计算机使用电荷来表示二进制数(1和0)，但工程师的设备使用电场和紫外线。与基于电荷的逻辑相比，这种逻辑允许更低的功率运行并产生更少的热量。

这种设备也与现有的半导体芯片非常不同，因为它本质上是化学的，正是这种特性使它在未来的计算中具有潜在的实用性。这不仅仅是电力和热量的好处；该设备还可以廉价且容易地制造。该器件具有盘状和棒状分子，在适当条件下自组装成螺旋楼梯形状，被称为柱状液晶(CLC)。

“我喜欢用化学方法创造一个装置的一点是，它不是在‘建造’什么东西；相反，它更类似于“生长”的东西，”伊藤说。“我们精确地使用我们的化合物形成不同的形状和不同的功能。就当是化学编程吧。”

在逻辑运算开始之前，研究人员将一个CLC样本夹在两个覆盖有电极的玻璃板之间。偏振光——总是在一个平面上振动——穿过样品，到达另一边的检测器。

在样品的默认状态下，CLC以随机取向状态存在，允许光到达检测器。当电场或紫外光单独打开然后关闭时，检测到的输出保持不变。但是当电场与紫外线一起打开，然后在大约一秒钟后再次关闭时，CLC以阻挡检测器的方式排列。

如果亮度和暗度的“输出”状态以及电场和紫外光的“输入”状态都被指定为二进制数来标识它们，那么该过程就有效地执行了所谓的逻辑与函数——该函数的所有输入都必须是“1”，输出也是“1”。

“AND函数是几种基本逻辑函数之一，但最重要的计算函数不是——AND或NAND函数。这是需要进一步研究的几个领域之一，”矢野解释说。“我们还希望提高CLC的速度和密度，使其更加实用。我对一些现象很感兴趣，比如我们用来制造CLC的自组装分子是如何产生逻辑功能的。”

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