“声子计算机”利用热处理信息

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图注：热晶体管控制热量流动。当开关打开时，热量从S终端和D终端中间穿过，当开关关闭时只有少量或没有热量穿过。

% V. }- E, O# w4 y+ \1 |4 a' Y1 e* HG就是控制终端。

　　据physorg网站2007年11月2日报道，现在大多数计算机都是使用电子来携带信息，而理论上的光学计算机则使用光子。最近，新加坡物理学家提出了第三种计算机类型：“声子计算机”，使用声子携带的热量来扮演类似于电子的角色。

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　　新加坡国立大学李宝文教授说，“热量非常丰富，常被视为是无用的，对信息处理有害的东西。我们论文的价值在于我们证明，除了现有的电子和光子外，声子同样也可以担负携带信息的功能。这提供了另外一种信息处理途径。此外，热也能得到控制使用。”

　　新加坡国立大学李教授和他的同事王磊演示了如何为未来声子计算机制造热逻辑门，他们的研究成果发表在了最近一期的《物理评论快报》上。

　　逻辑门是计算机的基本元素，担负处理一个或多个逻辑输入，制造单个逻辑输出的功能。在电子逻辑门中，输入和输出是通过不同电压来表现的。然而，在一个热逻辑门中，输入和输出则是由不同温度来表现的。逻辑门的关键元素是热晶体管（李教授领导的研究小组2006年发明了热晶体管）。热晶体管能够担负场效应晶体管控制电流的类似功能。热晶体管由两个连结脆弱的终端和一个控制终端组成。

　　李教授说，“像其它所有理论模型一样，我们使用热库来制造热，原子或分子自由运动。为了制造热，你无需太多额外电量。温度差异将产生热。”

　　按照研究人员的模式，热是由点阵振动制造的。当两个终端的振动范围重合时，他们的交迭就会产生热流。例如，当两个振动范围交迭时，热可以很容易地在两个终端间流动，代表着‘开’。当振动范围并不交迭时，仅有极少量的热（或没有热）通过，代表着‘关’。当终端界面粒子的振动范围调和和失谐时产生‘负微分热阻’（NDTR），制造出稳定的‘开’和‘关’状态，使热逻辑运行成为可能。

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　　李教授说，“正如我们在《物理评论快报》文章中所述，所有这些逻辑门功能只有在系统具有所谓的无或非常大的反应时才能获得，我们的意识就是大温度差异（变化）将产生小热流。”李教授领导的研究小组2006年发现了“负微分热阻”现象。

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　　研究人员演示了如何使用连结在一起的热晶体管来构建不同的热逻辑门，比如一个信号复示器。信号复示器“数字化”热输入，以便当温度比临界值更高或更低时，输出处于“开”或“关”状态，没有中间状态。通过将少数几个热晶体管连结在一起的方式，研究人员获得了一个近乎理想的转发器。除了信号转发器外，他们同时还发明了一个可逆转输入信号的非门，并从相同的热晶体管模型中制造出了一个与或门。虽然目前的模型可以简单地展示热逻辑门的可行性，但是王和李预言利用纳米技术制造一个实验型设施将不会太遥远。他们指出另外一个热设备，即固态热整流器仅仅在理论模式提出后几年时间就在2006年通过实验论证。

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　　李说，“声子计算机的一个优势是我们无需消耗大量的电力。我们可以利用电子设备产生或由自然界提供的丰富热来进行有用的工作。另外一个优势是，某天人们可以聪明地控制和利用热，这样我就可以节省下大量的能源，这也是当前世界面临的一大难题。”

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