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迈向具有稳定可变形孤子的新IT设备
来源: 未知 作者:admin 发布时间:2019-02-18 10:34

  不可避免地,我们在全球发送的每个数字信息都很容易丢失。在导线中长距离移动时,初始信号通过与杂质和相邻电磁场碰撞而衰减和散射。因此,除了您想要的消息的每一位之外,还必须发送其他隐藏的信息,以检查错误并在丢失的情况下采取措施; 当设备变得越来越小时,这个问题变得更加重要。基础科学研究所(IBS)内的人工低维电子中心(CALDES)的科学家们正致力于寻找创新方法来实现更稳定的信息传输。他们的研究兴趣之一集中在称为孤子的自增强孤立波包上,无论周围环境如何,它都是稳定的。在他们最近的论文中,他们证明了孤子可以被操纵并概述了如何将它们用于逻辑运算。他们的实验和模型发表在自然物理学为电子学新领域铺平了道路:Solitonics。

  物理学家知道,由于外部干扰,信号衰减或噪声问题的一种可能解决方案可能来自称为拓扑的数学概念。它与不受形状变化影响的属性有关。例如,信不信由你,球和铅笔在拓扑上是相同的,但与甜甜圈不同。这是因为,通过一些想象,你可以将球塑造成铅笔的形状。然而,当你在球上打洞时,它就变成了一个完全不同的拓扑对象。孔定义拓扑状态,它们可以在材料内移动,但即使在推力和拉力的作用下它们的数量也不会改变。IT中可以使用类似的概念来保​​护信息流免受外部干扰和杂质的影响,并保证其在较长距离和时间内的稳定性。这听起来像是一个了不起的财产,但矛盾的是,它也是它自己最大的敌人:传输的信息过于稳定,实际上太难以修改和使用。这似乎是故事的悲惨结局,直到IBS科学家展示了一种操纵传输信号并可能将其应用于现代电子设备的方法。

  拓扑系统物理学的一个关键组成部分是孤子,一种极其稳定的孤立波能量包,它通过一些一维材料而不会失去其形状和能量,有点像海啸波。科学家们开始研究80年代的拓扑孤子,但他们似乎无法操纵它们。

  去年,IBS科学家探索了放置在硅表面顶部的双链铟原子上的孤子的性质,他们发现孤子可以以三种形式存在。“在拓扑意义上,它就像有一个有很多洞的圆环,每个洞可以有三种不同的形状,对应于三种类型的孤子,”本研究的主要作者YEOM Han Woong解释道。“物理学家过去常常使用相同类型的孤子(洞),而且你可以用它们做的操作是有限的,但现在我们有更大的机会与它们一起玩。”

  在这项新研究中,Yeom和他的团队通过实验证明,在这些孤子之间切换是可能的。他们观察到,当两​​个孤子相遇时,它们会产生不同的孤子,换句话说,他们发现孤子可以被转换,但仍然可以抵抗介质的缺陷。“到目前为止孤子只能成对创建或销毁,没有其他操作是可能的,但我们发现这些孤子可以从一个切换到另一个,甚至用于逻辑操作,”Yeom继续说道。

  这三种类型的孤子也可以用数字(1,-1和2)表示,没有孤子的条件用零(0)表示,创建一个四元数学系统。然后可以将这四个数字用于数学计算。

  一般的数字系统和多数字系统与我们目前使用的二进制(0,1)系统相比具有几个优点。它们允许更少的空间中的更多操作和信息存储,并且它们可以使我们更接近类似大脑的设备,其模仿信息由我们的神经元电路计算和存储的方式。

  IBS科学家开辟了一个名为solitonics的新电子领域,想象出结合了硅和孤子的新一代IT设备。“我们正在使用在硅表面上以铟原子行进的孤子,我们想象这种结构可以在当前的硅器件中实现,从而创建混合系统,”本研究的第一作者KIM Tae-Hwan解释道。

 
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