北京
*该概率比特（p-bit）利用自然磁随机性在0和1之间波动。*
美日科学家在智能计算领域取得重大成就，开发出全球首个基于硅的自旋电子概率比特（p-bit）。
该器件由日本东北大学与美国国家标准与技术研究院（NIST）的联合研究团队设计，是世界上首个采用传统半导体制造工艺在硅芯片上制造的自旋电子概率比特。
研究人员宣布，他们已通过实验验证了概率计算基本单元——p-bit的运行。概率计算是计算机科学和人工智能的一个领域，专注于研究和实现用于计算的概率算法、模型和方法。
研究人员指出：“这一成果为面向人工智能和机器学习等应用的大规模自旋电子概率计算机铺平了道路。”
更智能的AI硬件
传统计算机使用只能处于0或1两种状态之一的比特来处理数据。这一二进制系统构成了智能手机、超级计算机、数据中心、人工智能以及当今几乎所有数字设备的基础。然而，它在搜索海量可能解时却力不从心。
相比之下，概率计算机使用p-bit，这种电子元件会在0和1之间随机波动。它们利用物理随机性探索众多可能状态，因此在人工智能、机器学习和优化等任务中极具吸引力。
与此同时，自旋电子学——一种通过操控电子固有的量子自旋来存储和处理信息的技术——已成为构建概率计算机最有前景的技术之一。自旋电子器件利用的是电子的磁性。
研究人员强调：“在众多候选技术中，自旋电子学被认为前景尤为广阔，因为纳米级磁性器件可以通过磁涨落自然产生概率行为。”
构建在硅芯片上
该研究由东北大学纳米电子与自旋电子学实验室的研究员Ju-Young Yoon博士领导。团队结合日本和美国的半导体与自旋电子学制造技术，将自旋电子器件直接集成到硅芯片上。
为制造晶体管和下层互连层，团队采用了明尼苏达州半导体公司SkyWater Technology提供的130纳米CMOS工艺。随后，他们利用东北大学的自旋电子器件制造设施，集成了超顺磁性纳米器件和上电极。
最终制成的芯片成功展示了p-bit运行所需的两个关键特性。首先，团队观察到输出电压随时间发生随机波动，证实该器件可以自然地在不同状态之间切换。
他们还证明，通过外加输入电压可以控制平均输出，从而调节概率行为。科学家们表示，这是首次通过半导体集成电路工艺，在硅芯片上实现自旋电子p-bit的单片集成并完成实验验证。
这些发现有望促成更大规模的自旋电子概率计算机。该大学在一份新闻稿中总结道：“通过进一步推进器件与电路技术，并增加集成p-bit的数量，研究人员预计自旋电子概率计算机将向大规模实际应用更进一步。”
该研究已发表在期刊《IEEE电子器件快报》上。
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