مفهوم داده دو دویی (باینری)
اعتبار: © gonin / Adobe Stock
اعتبار: © gonin / Adobe Stock
گزارش کامل
رایانه ها و دستگاه های الکترونیکی مشابه در دهه های گذشته سریعتر و کوچکتر شده اند، زیرا سازندگان تراشه های کامپیوتری یاد گرفته اند که چگونه ترانزیستورهای تکی را، که سوئیچ های الکتریکی ریزی هستند که اطلاعات دیجیتالی را انتقال می دهند، کوچک سازند.
پیگیری دانشمندان برای تحصیل کوچکترین ترانزیستور اجازه داده است تعداد بیشتری از آنها در هر تراشه توده شوند. اما این مسابقه کوچک سازی تقریباً به پایان رسیده است: محققان سریعاً به حداقل ابعاد فیزیکی ممکن برای ترانزیستور نزدیک می شوند. مدل های اخیر تنها تا حدود 10 نانومتر - و یا فقط 30 اتم - گسترده هستند.
دکتر Kyeongjae Cho، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه تگزاس در دالاس، گفت: "قدرت پردازش دستگاه های الکترونیکی برآمده از صدها میلیون یا میلیارد ترانزیستور است که در یک تراشه کامپیوتری منفرد به هم متصل هستند." "اما ما به سرعت به حدهای پایینی مقیاس نزدیک می شویم."
به دنبال گسترش سریع سرعت پردازش، صنعت میکرو الکترونیک به دنبال تکنولوژی های جایگزین است. تحقیق Cho، که به صورت آنلاین در مجله Nature Communications منتشر شد، ممکن است راه حلی را با گسترش مجموعه واژگان ترانزیستور ارائه دهد.
ترانزیستورهای مرسوم می توانند فقط دو مقدار از اطلاعات را انتقال دهند: به عنوان یک سوئیچ، یک ترانزیستور یا روشن یا خاموش است، که به 1 ها و 0 ها در زبان دو دویی ترجمه می شود.
یکی از راه های افزایش ظرفیت پردازش بدون اضافه کردن ترانزیستورها، افزایش اطلاعاتی است که هر ترانزیستور، با معرفی حالت های میانی بین حالت های روشن و خاموش دستگاه های دو دویی، منتقل می کند. یک به اصطلاح ترانزیستور منطق چند متغیره‌ی مبتنی بر این اصل، اجازه عملیات بیشتر و پردازش یک مقدار بزرگتری از اطلاعات را در در یک دستگاه منفرد می دهد.
چو گفت گفت: "مفهوم ترانزیستور های منطق چند متغیره، جدید نیست و تلاش های زیادی برای ساخت چنین دستگاه هایی صورت گرفته است." "ما آن را به سرانجام رسانده ایم."
از طریق تئوری، طراحی و شبیه سازی ها، گروه Cho در دانشگاه تگزاس در دالاس، فیزیک پایه‌ی یک ترانزیستور منطق چند متغیره مبتنی بر اکسید روی را توسعه داد. همکاران آنها در کره جنوبی با موفقیت یک دستگاه مدل نمونه اولیه را ساختند و عملکرد آن را ارزیابی کردند.
دستگاه چو قادر است دو حالت بینابینی پایدار و قابل اعتماد بین 0 و 1 داشته باشد و تعداد مقادیر منطقی در هر ترانزیستور را از دو تا سه یا چهار افزایش دهد.
چو گفت که تحقیق جدید مهم است نه تنها به این دلیل که تکنولوژی با پیکر بندی های کامپیوتر – تراشه ای موجود سازگار است، بلکه همچنین به این علت که می تواند بر شکاف میان رایانه های امروز و رایانه های کوانتومی به عنوان نقطه عطف بعدی در قدرت محاسباتی، پل بزند.
در حالی که یک کامپیوتر مرسوم از مقادیر دقیق 1ها و 0ها برای انجام محاسبات استفاده می کند، واحدهای منطق پایه یک کامپیوتر کوانتومی سیال تر است، با مقادیری که می توانند به عنوان ترکیبی از 1ها و 0ها در یک زمان یا هر جایی در میان آنها وجود داشته باشند. اگر چه آنها هنوز مانده است تا به صورت تجاری در نظر گرفته شوند، در مورد رایانه های کوانتومی بزرگ مقیاس این گونه استدلال نظری شده است که قادر به ذخیره اطلاعات بیشتر و حل مشکلات خاص بسیار سریعتر از رایانه های فعلی هستند.
چو گفت: "یک دستگاه ترکیب کننده منطق چند سطحی سریعتر از یک رایانه مرسوم خواهد بود، زیرا با بیش از صرفاً واحدهای منطق دو دویی کار خواهد کرد. با واحدهای کوانتومی، شما متغیرهای پیوسته ای دارید."
او ادامه داد: "ترانزیستور یک فناوری بسیار بالغ است در حالی که رایانه های کوانتومی چشم انداز نزدیکی برای فروش ندارند." "شکاف بزرگی وجود دارد. "قدرت پردازش دستگاه های الکترونیکی برآمده از صدها میلیون یا میلیارد ترانزیستور است که در یک تراشه کامپیوتری منفرد به هم متصل هستند." "اما ما به سرعت به حدهای پایینی مقیاس نزدیک می شویم." پس چگونه ما از یکی به دیگری حرکت کنیم؟ ما به نوعی مسیر تکاملی نیاز داریم، یک تکنولوژی پل زننده بین دو دویی و بی نهایت درجه آزادی. کار ما همچنان بر اساس تکنولوژی دستگاه موجود است، بنابراین به انقلابی گریِ محاسبات کوانتومی نیست، بلکه به سمت آن در حال تکامل است. "
تکنولوژی‌ای که چو و همکارانش توسعه داده اند از یک پیکربندی جدید از دو شکل از اکسید روی استفاده می کند که برای تشکیل یک نانو لایه‌ی کامپوزیتی ترکیب شده اند که سپس با لایه های دیگر مواد در یک اَبَرشبکه یکی می شوند.
محققان کشف کردند که می توانند به فیزیک مورد نیاز برای منطق چند متغیره با جاسازی بلورهای اکسید روی، به نام نقاط کوانتومی، در داخل اکسید روی غیر متبلور، دست یابند. اتم های شامل یک جامد بی شکل دارای نظم سختی که در جامدهای بلورین وجود دارد نیستند.
چو، که برای ثبت اختراع درخواست داده است، گفت: " با مهندسی این مواد، متوجه شدیم که می توانیم یک ساختار الکترونیکی جدید ایجاد کنیم که این رفتار منطق چند سطحی را مقدور سازد." "اکسید روی یک ماده شناخته شده است که تمایل به تشکیل جامدات کریستالی و جامدات بی شکل دارد، بنابراین انتخابی واضح برای شروع بود، اما ممکن است بهترین ماده در این زمینه نباشد. گام بعدی ما این خواهد بود که ببینیم که این رفتار در میان دیگر مواد تا چه حد جهانی است آن چنان که بتوانیم تلاش کنیم تا تکنولوژی را بهینه کنیم."
"در حالی که جلو می رویم، من همچنین می خواهم ببینم چگونه ممکن است این فناوری را به یک دستگاه کوانتومی متصل کرد."
دکتر جیونگ کیم، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه تگزاس دالاس و دکتر جونگوون هوانگ، یکی از محققان پسادکترای قبلی در آزمایشگاه Cho که در حال حاضر در دانشگاه ملی Chonnam در کره جنوبی است، مؤلفین همکار مقاله مجله Nature Communications هستند در کنار محققینی در دانشگاه های کره جنوبی.
این تحقیق توسط بنیاد ملی تحقیقاتی کره پشتیبانی شد.
منبع: مطالب ارائه شده توسط دانشگاه تگزاس در دالاس
پیگیری دانشمندان برای تحصیل کوچکترین ترانزیستور اجازه داده است تعداد بیشتری از آنها در هر تراشه توده شوند. اما این مسابقه کوچک سازی تقریباً به پایان رسیده است: محققان سریعاً به حداقل ابعاد فیزیکی ممکن برای ترانزیستور نزدیک می شوند. مدل های اخیر تنها تا حدود 10 نانومتر - و یا فقط 30 اتم - گسترده هستند.
دکتر Kyeongjae Cho، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه تگزاس در دالاس، گفت: "قدرت پردازش دستگاه های الکترونیکی برآمده از صدها میلیون یا میلیارد ترانزیستور است که در یک تراشه کامپیوتری منفرد به هم متصل هستند." "اما ما به سرعت به حدهای پایینی مقیاس نزدیک می شویم."
به دنبال گسترش سریع سرعت پردازش، صنعت میکرو الکترونیک به دنبال تکنولوژی های جایگزین است. تحقیق Cho، که به صورت آنلاین در مجله Nature Communications منتشر شد، ممکن است راه حلی را با گسترش مجموعه واژگان ترانزیستور ارائه دهد.
ترانزیستورهای مرسوم می توانند فقط دو مقدار از اطلاعات را انتقال دهند: به عنوان یک سوئیچ، یک ترانزیستور یا روشن یا خاموش است، که به 1 ها و 0 ها در زبان دو دویی ترجمه می شود.
یکی از راه های افزایش ظرفیت پردازش بدون اضافه کردن ترانزیستورها، افزایش اطلاعاتی است که هر ترانزیستور، با معرفی حالت های میانی بین حالت های روشن و خاموش دستگاه های دو دویی، منتقل می کند. یک به اصطلاح ترانزیستور منطق چند متغیره‌ی مبتنی بر این اصل، اجازه عملیات بیشتر و پردازش یک مقدار بزرگتری از اطلاعات را در در یک دستگاه منفرد می دهد.
چو گفت گفت: "مفهوم ترانزیستور های منطق چند متغیره، جدید نیست و تلاش های زیادی برای ساخت چنین دستگاه هایی صورت گرفته است." "ما آن را به سرانجام رسانده ایم."
از طریق تئوری، طراحی و شبیه سازی ها، گروه Cho در دانشگاه تگزاس در دالاس، فیزیک پایه‌ی یک ترانزیستور منطق چند متغیره مبتنی بر اکسید روی را توسعه داد. همکاران آنها در کره جنوبی با موفقیت یک دستگاه مدل نمونه اولیه را ساختند و عملکرد آن را ارزیابی کردند.
دستگاه چو قادر است دو حالت بینابینی پایدار و قابل اعتماد بین 0 و 1 داشته باشد و تعداد مقادیر منطقی در هر ترانزیستور را از دو تا سه یا چهار افزایش دهد.
چو گفت که تحقیق جدید مهم است نه تنها به این دلیل که تکنولوژی با پیکر بندی های کامپیوتر – تراشه ای موجود سازگار است، بلکه همچنین به این علت که می تواند بر شکاف میان رایانه های امروز و رایانه های کوانتومی به عنوان نقطه عطف بعدی در قدرت محاسباتی، پل بزند.
در حالی که یک کامپیوتر مرسوم از مقادیر دقیق 1ها و 0ها برای انجام محاسبات استفاده می کند، واحدهای منطق پایه یک کامپیوتر کوانتومی سیال تر است، با مقادیری که می توانند به عنوان ترکیبی از 1ها و 0ها در یک زمان یا هر جایی در میان آنها وجود داشته باشند. اگر چه آنها هنوز مانده است تا به صورت تجاری در نظر گرفته شوند، در مورد رایانه های کوانتومی بزرگ مقیاس این گونه استدلال نظری شده است که قادر به ذخیره اطلاعات بیشتر و حل مشکلات خاص بسیار سریعتر از رایانه های فعلی هستند.
چو گفت: "یک دستگاه ترکیب کننده منطق چند سطحی سریعتر از یک رایانه مرسوم خواهد بود، زیرا با بیش از صرفاً واحدهای منطق دو دویی کار خواهد کرد. با واحدهای کوانتومی، شما متغیرهای پیوسته ای دارید."
او ادامه داد: "ترانزیستور یک فناوری بسیار بالغ است در حالی که رایانه های کوانتومی چشم انداز نزدیکی برای فروش ندارند." "شکاف بزرگی وجود دارد. "قدرت پردازش دستگاه های الکترونیکی برآمده از صدها میلیون یا میلیارد ترانزیستور است که در یک تراشه کامپیوتری منفرد به هم متصل هستند." "اما ما به سرعت به حدهای پایینی مقیاس نزدیک می شویم." پس چگونه ما از یکی به دیگری حرکت کنیم؟ ما به نوعی مسیر تکاملی نیاز داریم، یک تکنولوژی پل زننده بین دو دویی و بی نهایت درجه آزادی. کار ما همچنان بر اساس تکنولوژی دستگاه موجود است، بنابراین به انقلابی گریِ محاسبات کوانتومی نیست، بلکه به سمت آن در حال تکامل است. "
تکنولوژی‌ای که چو و همکارانش توسعه داده اند از یک پیکربندی جدید از دو شکل از اکسید روی استفاده می کند که برای تشکیل یک نانو لایه‌ی کامپوزیتی ترکیب شده اند که سپس با لایه های دیگر مواد در یک اَبَرشبکه یکی می شوند.
محققان کشف کردند که می توانند به فیزیک مورد نیاز برای منطق چند متغیره با جاسازی بلورهای اکسید روی، به نام نقاط کوانتومی، در داخل اکسید روی غیر متبلور، دست یابند. اتم های شامل یک جامد بی شکل دارای نظم سختی که در جامدهای بلورین وجود دارد نیستند.
چو، که برای ثبت اختراع درخواست داده است، گفت: " با مهندسی این مواد، متوجه شدیم که می توانیم یک ساختار الکترونیکی جدید ایجاد کنیم که این رفتار منطق چند سطحی را مقدور سازد." "اکسید روی یک ماده شناخته شده است که تمایل به تشکیل جامدات کریستالی و جامدات بی شکل دارد، بنابراین انتخابی واضح برای شروع بود، اما ممکن است بهترین ماده در این زمینه نباشد. گام بعدی ما این خواهد بود که ببینیم که این رفتار در میان دیگر مواد تا چه حد جهانی است آن چنان که بتوانیم تلاش کنیم تا تکنولوژی را بهینه کنیم."
"در حالی که جلو می رویم، من همچنین می خواهم ببینم چگونه ممکن است این فناوری را به یک دستگاه کوانتومی متصل کرد."
دکتر جیونگ کیم، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه تگزاس دالاس و دکتر جونگوون هوانگ، یکی از محققان پسادکترای قبلی در آزمایشگاه Cho که در حال حاضر در دانشگاه ملی Chonnam در کره جنوبی است، مؤلفین همکار مقاله مجله Nature Communications هستند در کنار محققینی در دانشگاه های کره جنوبی.
این تحقیق توسط بنیاد ملی تحقیقاتی کره پشتیبانی شد.
منبع: مطالب ارائه شده توسط دانشگاه تگزاس در دالاس
