北京
*該概率比特（p-bit）利用自然磁隨機性在0和1之間波動。*
美日科學家在智能計算領域取得重大成就，開發出全球首個基于硅的自旋電子概率比特（p-bit）。
該器件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，是世界上首個采用傳統半導體制造工藝在硅芯片上制造的自旋電子概率比特。
研究人員宣布，他們已通過實驗驗證了概率計算基本單元——p-bit的運行。概率計算是計算機科學和人工智能的一個領域，專注于研究和實現用于計算的概率算法、模型和方法。
研究人員指出：“這一成果為面向人工智能和機器學習等應用的大規模自旋電子概率計算機鋪平了道路。”
更智能的AI硬件
傳統計算機使用只能處于0或1兩種狀態之一的比特來處理數據。這一二進制系統構成了智能手機、超級計算機、數據中心、人工智能以及當今幾乎所有數字設備的基礎。然而，它在搜索海量可能解時卻力不從心。
相比之下，概率計算機使用p-bit，這種電子元件會在0和1之間隨機波動。它們利用物理隨機性探索眾多可能狀態，因此在人工智能、機器學習和優化等任務中極具吸引力。
與此同時，自旋電子學——一種通過操控電子固有的量子自旋來存儲和處理信息的技術——已成為構建概率計算機最有前景的技術之一。自旋電子器件利用的是電子的磁性。
研究人員強調：“在眾多候選技術中，自旋電子學被認為前景尤為廣闊，因為納米級磁性器件可以通過磁漲落自然產生概率行為。”
構建在硅芯片上
該研究由東北大學納米電子與自旋電子學實驗室的研究員Ju-Young Yoon博士領導。團隊結合日本和美國的半導體與自旋電子學制造技術，將自旋電子器件直接集成到硅芯片上。
為制造晶體管和下層互連層，團隊采用了明尼蘇達州半導體公司SkyWater Technology提供的130納米CMOS工藝。隨后，他們利用東北大學的自旋電子器件制造設施，集成了超順磁性納米器件和上電極。
最終制成的芯片成功展示了p-bit運行所需的兩個關鍵特性。首先，團隊觀察到輸出電壓隨時間發生隨機波動，證實該器件可以自然地在不同狀態之間切換。
他們還證明，通過外加輸入電壓可以控制平均輸出，從而調節概率行為。科學家們表示，這是首次通過半導體集成電路工藝，在硅芯片上實現自旋電子p-bit的單片集成并完成實驗驗證。
這些發現有望促成更大規模的自旋電子概率計算機。該大學在一份新聞稿中總結道：“通過進一步推進器件與電路技術，并增加集成p-bit的數量，研究人員預計自旋電子概率計算機將向大規模實際應用更進一步。”
該研究已發表在期刊《IEEE電子器件快報》上。
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