一坨纳米金粒子能进化出计算能力

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微芯片，闪开。一坨随机组装的金纳米粒子可以执行通常保留给整齐排列的硅结构的计算。

传统计算机依靠有序的线路，按照预编程的规则，但这种策略限制了它们的效能。

“现在你可以在商店里买到的最好的微处理器每秒可以做10¹¹次计算，只耗几百瓦电，” 荷兰屯特大学的Wilfred van der Wiel说，“而人类大脑能多做几个数量级，只用10到20瓦，这是一个巨大的差距。”

为了缩小这个差距，研究人员们尝试建立“像脑一样”的计算机，其内部结构并没有为其目的而明确规定，但到目前为止没人发现能可靠地进行真正计算的材料。

现在van der Wiel和同事们已经启用了一坨金颗粒来以与传统微处理器相同的方式处理信息位。

电压选择器

该团队使用约20纳米大小的金颗粒，他们把几十个颗粒大约排成一圈，每个离最近的邻居约1纳米，并用八个电极包围它们。当他们在六个特定位置施加适当的电压时就发生计算。金有效地形成了一个晶体管网络，它缺乏普通微芯片的严格连接顺序，使之能使用较少能量执行计算。

然而，这些粒子并没有告诉研究人员们应该用什么电压。他们开始于与随机的电压组合，并使用遗传算法学到哪个是最有用的，这是借鉴达尔文进化论“优胜劣汰”的一个程序。

它比较了很多组电压，抛弃那些单元行为没有意义的，对似乎有前途的那些创造略有不同的版本，并再次尝试。在效果上，金颗粒坨在朝向研究人员们希望得到的行为进化。

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通向逻辑新路径

作为一个概念证明，该算法发现了把系统转换为作为传统计算机芯片构建模块的六种“逻辑门”中任意一种的电压。它甚至找到了一个高阶逻辑单元的组合，可以对2位信息相加。“这表明，你可以通过一条完全不同的路径得到计算能力，”van der Wiel说。

这坨粒子必须被冷却到绝对零度以上0.3°C，但把颗粒做得更小能允许工作温度上升。Van der Wiel说该方法没有理由不能在室温条件下工作。

Van der Wiel希望该研究将导致专门的处理器，可以解决诸如模式识别等问题，这对于一个接一个进行计算的电脑很困难。如果一整坨颗粒在做计算，那么他们是并行操作的——就像人类大脑中的神经元一样，特别擅长这样的任务。

他很可能是对的，加拿大埃德蒙顿的艾伯塔大学的Jie Han说，“物理就在那里，但是当然你仍然需要论证它。”

另一个障碍是制造可以处理更复杂计算的设备，这可以使用更多的纳米粒子或更多的电极。“电极可能更重要，因此你可以有更多的输入和输出。”

本文译自 New Scientist，由 王丢兜 编辑发布。