首次突破1开尔文！Intel掌握「热」量子计算机技术
4月，Intel与其合作伙伴QuTech在权威学术杂志《自然》上发布了一项全新的研究成果——「热」量子计算机技术。
该技术据称可在温度大于1开尔文的情况下，成功控制「热」量子计算的基本单位。
提高量子计算的工作温度对于将其扩展应用到更多的应用领域非常重要。
量子比特对应经典的计算比特，可以通过超导电路实现或在半导体（比如硅）内形成。存储在这种量子比特中的信息通常会很快丢失，因为热量产生的振动会干扰量子比特，进而影响性能，要解决这种问题，就需要在接近绝对0度的环境下进行，要创造这种环境，需要投入大量费用用于制冷。
Intel成功实现了在1．1开尔文温度的「热」环境下运行量子电路的成就，在运行温度上的要求比以往更宽松，更易实现。
据悉，这项研究把限制在硅中的电子自旋作为量子比特，并与周围能在超过1开尔文温度下正常运作的材料很好地隔离开来。在这个温度下，可以引入定域电子来操控量子比特，研究人员认为，这是将这类量子处理器扩展至百万量子比特的先决条件。
尽管此次升温幅度不大，但这是量子计算机技术一个重要的里程碑，因为温度提升至1开尔文以上后，搭建平台的成本将大幅降低，这有助于量子计算机技术的进一步研发普及。
据悉，Intel的这项研究建立在推进全栈量子系统开发方向持续工作的基础上，包括去年年底推出的首款马脊低温量子控制芯片。
编辑点评：今年12月，中科大宣布，该校潘建伟等人成功构建了76个光子的量子计算原型机「九章」，求解数学算法高斯玻色取样（Gaussian Boson Sampling）只需200秒。2019年9月，Google悬铃木量子计算机的实现「量子优越性」的消息也早已传开。
量子计算的种种美好前景，需要更多企业、机构参与进来，一步步克服各种困难，才有希望实现。
芯片上的“大脑”：麻省理工人工大脑突触研发新进展
今年6月，麻省理工学院（MIT）的研究人员发表了关于新型人工大脑神经突触的论文，其中提到与目前已有的人工突触相比，这种突触在性能上有很大提升，它的物理体积比一片纸屑还小，却可以容纳数以万计的硅基元件。在体积小且节能的同时，新型芯片有助于研究人员开发出能够在不连接数据中心的情况下，也可以执行复杂AI计算任务的设备。
在研究中展示了一种新颖的“忆阻器”（Memristors）设计，其本质上是用硅来模拟大脑的信息传输突触，但也可以用银和铜的合金。这种芯片能够有效地“记住”并重现出非常详细的图像，与已有的同类型技术相比，它能“记住”的图像更加清晰和详细。
据悉，MIT研发的芯片，其包含的忆阻元件在表示信息时更像是大脑，也就是最原始的模拟计算机。大脑和计算机在处理和表达信息时虽然有相似之处，但有些神经元的信息输出是通过分级的电信号传输的，其大小可以连续变化，可以比晶体管采用的数字信号传输出更多的信息。忆阻元件还可以记住特定的状态，之后在多次接收相同的输入电流时，很轻易就能重现相同的信号。
此外，冶金学也为研发团队提供了不少灵感。在冶金学中，当冶金学家想改变一种金属的性能时，他们会把它与另一种具有所需性能的金属结合，制造出一种合金。受此启发，研究人员也发现一种可以与被用来作为忆阻器正极的银相结合的元素，从而使其能够更稳定地沿着非常薄的传导通道传递离子。这就是芯片研发的关键所在。
不仅能够倚靠“记忆”准确地重现图像，也可以执行推断任务，比如基于命令提高或模糊原始图像，这块芯片的表现性能要远远优于之前研发出的其他记忆电阻器。
编辑点评：虽然新型人工突触的研发还有很长的路要走，但是MIT的研究必定会促进便携式人工大脑计算机的出现。人工大脑计算机最大的好处就在于，可以像目前的超级计算机一样执行非常复杂的任务，但是却不需要任何网络连接。
中科院低维半导体技术：纳米画笔“画”芯片
今年3月，中科院宣布研发出了一种简单的制备低维半导体器件的方法——用“纳米”勾勒未来光电子器件，它可以“画出”各种需要的芯片。
中科院表示，可预期的未来，需要在更小的面积集成更多的电子元件。针对这种需求，厚度仅有0．3至几纳米（头发丝直径几万分之一）的低维材料应运而生。
这类材料可以比作超薄的纸张，只是比纸薄很多，可以用于制备纳米级别厚度的电子器件。由于二维材料如同薄薄的一张纸，它的性质很容易受到环境影响。利用这一特性，研究人员在二维材料表面覆盖一层铁电薄膜，使用纳米探针施加电压在铁电材料表面扫描，通过改变对应位置铁电材料的性质来实现对二维材料性质的精准操控。
当设计好器件功能后，科研人员只需发挥想象，使用纳米探针“画笔”在铁电薄膜“画布”上画出各种各样的电子器件图案，利用铁电薄膜对低维半导体材料物理性质的影响，就能制成所需的器件。
实验中，“画笔”是原子力显微镜的纳米探针，相当于传统晶体管的栅电极，可以用来加正电压或负电压。但不同于传统栅电极，原子力显微镜的针尖可以任意移动，在水平空间上可以精确“画出”纳米尺度的器件。
在这个过程中，研究人员通过控制加在针尖上电压的正负性，就能轻易构建各种电子和光子器件，比如存储器、光探测器、光伏电池等等。
据悉，本研究由中国科学院上海技术物理研究所与复旦大学、华东师范大学、南京大学，中国科学院微电子研究所等多个课题组合作完成。研究成果已于2020年1月24日发表于《自然－电子学》。
编辑点评：“神笔马良”的故事想必大家都听过，如今随着技术的发展，人们对半导体技术的要求越来越高，但是半导体制造难度却是越来越大，10nm以下的工艺极其烧钱，芯片制造若是迎来这根“神笔”，或许也是一大福音。
