來自日本和美國的科學家在智能計算領域取得重大成就，成功開發出全球首個基於矽的自旋電子概率位元（p-bit）。該設備由日本東北大學與美國國家標準與技術研究院（NIST）的聯合研究團隊設計，這是全球首個在矽晶片上使用傳統半導體製造工藝製造的自旋電子 p-bit。研究人員宣佈已實驗驗證這一 p-bit 的運行，該位元是概率計算的基本單位。概率計算是計算機科學和人工智能的一個領域，專注於概率算法、模型和計算方法的研究與實施。
研究人員指出，「這一成就為大規模自旋電子 p-計算機的應用提供了一條道路，特別是在人工智能和機器學習領域。」傳統計算機使用位元來處理數據，這些位元存在於兩個狀態之中：0 或 1。這一二元系統構成了現代科技的基礎，包括智能手機、超級計算機、數據中心、人工智能以及幾乎所有當前使用的數碼設備。然而，傳統計算機在搜尋大量可能解決方案時面臨困難。相比之下，概率計算機使用 p-bits，這些電子元件在 0 和 1 之間隨機波動。
它們利用物理隨機性來探索多種可能狀態，適合於涉及人工智能、機器學習和優化任務的應用。
自旋電子技術為未來計算機提供新可能性
自旋電子學是一項通過操控電子的內在量子自旋來處理和存儲信息的技術，已成為構建 p-計算機最有前途的技術之一。自旋電子設備利用電子的磁性質。研究人員強調：「在幾種候選技術中，自旋電子學被認為尤為有前景，因為納米尺度的磁性設備可以通過磁性波動自然產生概率行為。」此次研究由東北大學的 nanoelectronics 和自旋電子學實驗室的研究員尹祐永博士領導。該團隊通過結合日本和美國的半導體及自旋電子製造技術，將自旋電子設備集成到矽晶片上。
為了製造晶體管和降低互連層，團隊使用了由位於明尼蘇達州的半導體公司 SkyWater Technology 提供的 130nm（130 納米）CMOS 工藝。隨後，團隊使用大學的自旋電子設備製造設施集成了超參量磁性納米設備和上電極。最終的晶片成功展示了 p-bit 運行所需的兩個關鍵特徵。首先，團隊觀察到輸出電壓隨時間的隨機波動，並確認該設備能夠自然地在不同狀態之間切換。
他們還證明瞭通過施加的輸入電壓可以控制平均輸出，從而調整概率行為。科學家表示，這是首次在使用半導體集成電路工藝的矽晶片上實驗演示的自旋電子 p-bit 的單片集成。
這項發現可能促進更大規模的自旋電子 p-計算機的實現。大學在一份新聞稿中總結指出，「通過進一步推進設備和電路技術，並增加集成的 p-bits 數量，研究人員預計自旋電子 p-計算機將更接近於大規模實用化。」該研究已發表在《IEEE Electron Device Letters》期刊上。
