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             SciScape 新聞 (http://leos.bu.edu/)   
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[Aug 16, 00] 量子點（Quantum Dot）電腦

如何簡單地建構不需要電晶體的新型電腦？
現在你可以在Applied Phyiscs Letters[1]找到完整的描述。

美國的研究人員表示他們已經想出如何建立無引線的邏輯電
路。Islamshah Amlani 和他在 University of Notre 
Dame（美國印第安那州）的同事已經建構出以量子點胞元
自動化（Quantum-dot cellular automata，QCA）為基礎的
電子元件，這些元件將可以用來當作新型電腦的骨幹。

QCA 的概念同樣是由 Notre Dame 大學Douglas Tougaw所領導的
另一研究小組在1990初期所提出的。他們想像一個以0和1為
編碼資料的胞元所組成類似巨大二位元記憶體的電腦。每一
個胞元內包含了四個量子點（可以吸住帶電電子的微小元件）。
在這想像的電腦記憶體胞元內，四個量子點被安排在一個方形
的四個角落，並且可以在彼此間傳遞電子。藉由事先在方形
內引進電子對，這些電子會因為彼此間的相斥力使得他們盡
可能地分離，最後置於在方形內相對的對角線位置。電子對可以
是在方形的兩條對角線位置之一，所以四個量子點胞元將可以
有兩個穩定的結構，這便可以編碼成二位元資料的0或1。但重
要的是，胞元是一個緊鄰著一個位於陣列內，所以
方形內的胞元將同時受到非同一個方形內電子間斥力的影響。
這使得胞元間可以互相聯絡而達成邏輯運算（在傳統的電腦內，
這些是由電晶體彼此間傳遞電壓脈衝來完成）。胞元開關可以
非常地快，而原則上量子點可以作成和單分子同樣的大小，所以 
QCA 電腦將會非常地快速和小巧。

Amlani小組在1997[2]年發表了第一個 QCA 示範實驗。他們的
量子點結構是在矽晶片上沉積微小的鋁。藉由連接每一個量子
點和電子庫（electron reservoir）電極的微小引線，他們可
以輸入和移除電子。雖然需要引線來示範胞元的基本功能，但
研究人員表示：真正的 QCA 電腦應該是分離的胞元，所以不
需要黏上引線。而這正是他們目前所發表的，和之前的元件一
樣由兩個通道接合面（tunnel junction）所連接在一起的四個
鋁量子點，當有足夠的能量時，電子將可以通過接合面。所有開
關的電子都已經存在金屬點內，所以沒有辦法將電子從胞元外
部加入，而整個胞元只有微米大小。

QCA 概念的基本開關程序是：研究人員藉由提供電壓到鄰近
的電極將胞元內一個電子從一個量子點推到另一個量子點內，
同時，這將使得另一個成對的電子被推到相對角落的量子點內。
實際上，鄰近一個胞元的開或關將會影響到它附近的胞元開關，
這將免除掉電極。研究人員表示：無引線的新胞元不只比先前
製造的胞元來的更容易製造，也由於移除掉降低信號的額外接
合面，使得新胞元工作地更有效率。.這也就是說，在無引線的 
QCA陣列內，胞元彼此間的感應也更敏感了。

1. Amlani, I. et al. Experimental demonstration of a 
leadless quantum-dot cellular automata cell. Applied 
Physics Letters 77, 738-740 (2000).

2. 2.Orlov, A. O., Amlani, I., Bernstein, G. H., 
Lent, C. S. & Snider, G. L. Realization of a functional 
cell for quantum-dot cellular automata. Science
277, 928-930 (1997).


--摘譯自:
nature science update News   (August 9, 2000): Join the dots
<http://www.discovery.com/news/briefs/20000810/an_birds.html>

 -- 責任編輯: 瑞光 <u861633@oz.nthu.edu.tw>